Nanotecnología, dimensión pequeña, grandes oportunidades

El pasado 27 de mayo BASF presentó en su sede de Ludwigshafen ante la prensa profesional el estado actual en el que se encuentran sus investigaciones y su estrategia en el ámbito de la nanotecnología. Andreas Kreimeyer, miembro del consejo y director ejecutivo de investigación de BASF SE, hizo la presentación, repasó los fundamentos de la nanotecnología y sus posibilidades comerciales en desarrollos innovadores de múltiples disciplinas y no desaprovechó la oportunidad para poner de manifiesto el poder investigador de esta compañía química alemana.

En 2012, BASF aumentó su inversión en I+D hasta los 1.800 millones de euros, frente a los 1.700 de 2012. De ellos, el 10% se dedica a productos químicos, el 20% a productos de altas prestaciones, 20% a materiales y soluciones funcionales, 26% a soluciones para la agricultura, 3% a industria del petróleo y gas y el 21% a investigación corporativa.

La nanotecnología se centra en el desarrollo, fabricación y uso de materiales que tienen estructuras, partículas o fibras menores de 100 nanómetros. Muchas innovaciones en áreas como la automoción, la energía, electrónica, construcción o medicina no serían posibles sin la nanotecnología. BASF utiliza esta tecnología para desarrollar nuevas soluciones y mejorar los productos existentes, porque piensa que hay muchas oportunidades en las industrias que tienen un gran futuro por delante.

Lo cierto es que no es fácil resumir las actividades investigadoras de BASF en el ámbito de la nanotecnología, pero nos centraremos en algunos de los asuntos presentados en Alemania aplicables a nuestras vidas cotidianas.

Una de las áreas en la que estos materiales entran en juego son los materiales aislantes de alto rendimiento. Los nanoporos proporcionan las características especiales a uno de los nuevos materiales aislantes de BASF, Slentite, el primer panel aislante basado en poliuretano que requiere la mitad de espacio que los materiales tradicionales, aunque con la misma capacidad aislante. Hasta el 90% del volumen del aerogel orgánico consiste en poros llenados con aire cuyo diámetro es de solo 50 a 100 nanómetros.

Los investigadores de BASF han desarrollado Slentite, el primer panel aislante basado en poliuretano que requiere la mitad de espacio que los materiales tradicionales, aunque con la misma capacidad aislante.

Consecuencia de ello es una limitación en la libertad de movimiento de las moléculas de aire y una reducción de la transferencia de calor. Este material aislante se puede usar, por ejemplo, en el sector de la construcción.

Otro campo en el que la nanotecnología juega un papel importante es el desarrollo de formulaciones de componentes activos, especialmente en el microencapsulado. Se consigue un uso más específico de las sustancias activas para la aplicación correspondiente. El factor importante en este caso es la liberación controlada de las sustancias activas.

Por otro lado, un material que podría contribuir al progreso tecnológico de los OLEDs (Organic Light Emitting Diodes), pantallas, baterías e incluso catalizadores es el grafeno. Es un material que conduce muy bien la electricidad y la temperatura, consiste en solo una capa de átomos de carbono y su espesor es menor de un nanómetro, por lo cual incluso siendo negro, parece transparente. Un equipo de investigadores explora actualmente el potencial de aplicación de materiales basados en carbono como el grafeno.

Otra área interesante en el ámbito de lo ‘nano’ es el de los filtros de color. El nuevo color rojo de BASF, Irgaphor Red S 3621 CF, asegura una excelente calidad de imagen de las pantallas de cristal líquido (LCD). Se utiliza en filtros de color en pantallas diversas, como las de ordenadores o televisores. Cuanto más pequeñas son las partículas, más intenso es el brillo de las pantallas.

El nuevo color rojo de BASF, Irgaphor Red S 3621 CF, asegura una excelente calidad de imagen de las pantallas de cristal líquido (LCD).

BASF ha conseguido fabricar un producto con un tamaño de partículas de menos de 40 nanómetros, lo cual finalmente duplica el índice de contraste de las pantallas.

Durante el evento de Ludwigshafen también se puso sobre la mesa el tema de la seguridad. El acceso a nuevas tecnologías requiere tener en cuenta las oportunidades pero también los riesgos. Además de la fabricación y desarrollo de nanomateriales, otra prioridad de la investigación es el riesgo potencial de las nanopartículas. Durante unos diez años BASF ha venido investigando en el ámbito de la seguridad en relación con los nanomateriales. Ha realizado más de 150 estudios propios de toxicología y ecotoxicología y ha participado en unos 30 proyectos diferentes con colaboradores externos.

Kreimeyer afirmó que el tema de la seguridad no es específico para la nanotecnología, sino un factor que en BASF se tiene muy en cuenta siempre, en todo desarrollo de cualquiera de sus actividades.

Como invitado especial a la jornada acudió Stephan Förster, un experto de la universidad de Bayreuth, quien habló de la nanotecnología como impulsor de la innovación, presente en muchas disciplinas, como la física, la química, la biología, la farmacia, la medicina, la ingeniería o la informática. Las esperanzas puestas en estos materiales en los comienzos, dijo, fueron exageradas, y tras esa primera fase llegó otra de desencanto. Hoy en día estamos en la fase de comprender las ventajas que las nanopartículas pueden aportar y de desarrollar productos aprovechando las mismas. Explicó los fundamentos de la nanotecnología y la importancia no sólo de la diferente superficie de las nanopartículas con respecto a las micropartículas, sino también de la distancia entre las partículas, que es la que permite muchos de los actuales avances en las diferentes disciplinas en las que la nanotecnología está ya aportando ventajas.

En la electrónica, por ejemplo, la nanotecnología ya está aquí, la usamos a diario en transistores, en nuestros ordenadores y es la causante de que los lápices de memoria, por ejemplo, puedan tener una memoria cada vez mayor en un espacio muy reducido. En la industria de la energía, tanto en su producción como en su almacenamiento, se benefician de ella los paneles solares híbridos, las pilas de combustible y la industria eólica a través de los nanocomposites, o, desde el punto de vista del almacenamiento, las baterías o los capacitadores.

Tanto en la terapia como en el diagnóstico, la medicina también puede sacar provecho de la nanotecnología, al igual que el medio ambiente, con el desarrollo de nanomembranas, filtros basados en nanoestructuras y nanosensores, y otros sectores, entre ellos los plásticos reforzados mecánicamente, con propiedades barrera, retardantes de llama o aislantes térmicos. Recubrimientos (protección UV, antibacterianos, resistentes al rayado o protecciones anticorrosión) el sector del cuidado personal (cremas y emulsiones) son también nichos que están aprovechando la nanotecnología.

La nanotecnología no es magia, ya está aquí y la usamos a diario, pero sigue teniendo un futuro con muchas aplicaciones posibles.

Robert Lansiedel, responsable de Toxicología en BASF, habló de los asuntos relacionados con la seguridad y más en concreto se preguntó qué pasa cuando respiramos nanopartículas y cuando entran en contacto con la piel. Desde 2004 han realizado más de 150 estudios sobre su toxicidad, más de 25 cooperaciones y más de 50 publicaciones científicas. En la industria los nanomateriales aparecen en polvo o en una matriz, dos formas en las que no son tóxicos. Pueden penetrar en el cuerpo cuando hay dispersión, cuando están en el aire a través de un aerosol o en dispersión.

Durante unos diez años BASF ha realizado más de 150 estudios propios de toxicología y ecotoxicología relacionados con la nanotecnología.

En el caso de las cremas, quedan en la superficie y no entran en contacto con otros tejidos. Pero sí hay ocasiones en las que pueden entrar en los pulmones al respirar, cuyo efecto depende del material del que se trate. Su conclusión es que, conociendo los datos y la exposición, el uso de los nanomateriales es seguro. Los efectos de los nanomateriales no son desconocidos, sino que son muy conocidos y están muy controlados y se pueden establecer por ello las formas seguras de su uso.

Como dijo Carolin Kranz (experta en comunicaciones y relaciones gubernamentales en relación con la nanotecnología) por otro lado, las normativas europeas están guiadas por el principio de precaución y el negocio de BASF se basa en la precaución y la responsabilidad. Sin embargo, mientras la precaución tiene como objetivo el riesgo 0, la innovación requiere la asunción de riesgos. BASF apoya el 'Principio de la innovación' en el foro de Riesgos de Europa (www.riskforum.eu/innovation-principle.html). Siempre que entre en juego la legislación de la precaución, el impacto sobre la innovación debe tenerse en cuenta.

El director del Laboratorio de Materiales de Aislamiento de Alto Rendimiento, Marc Fricke, presentó una nueva placa aislante que proporciona una climatización personalizada, un producto “de moda” teniendo en cuenta la demanda de eficiencia energética de todos los sectores, entre ellos el de la construcción. Hizo un recorrido por la actividad histórica en este terreno de BASF. Tras los conocidos Styropor, Styrodur, Elastopor, Basotec y Neopor ahora se presenta Slentite que, frente a los materiales aislantes clásicos (en rangos de micras o milímetros) reduce, gracias a los nanoporos, la transferencia de temperatura entre las moléculas de gas de forma drástica.

Es un nuevo tipo de aerogel orgánico basado en la química de los poliuretanos que presenta una nanoporosidad homogénea. En comparación con productos convencionales puede ofrecer un aislamiento con un 50% de reducción en el grosor de la placa y con gran resistencia a la compresión. El panel de Slentite es robusto y deja más libertad de diseño, más posibilidades estéticas, en un espacio mínimo.

Matthias Schwab, responsable de Investigación en Grafeno, aportó un punto de vista industrial sobre los materiales de grafeno. Los sectores de presente y futuro para materiales de carbono son el de las baterías para la movilidad, composites de bajo peso, gestión del calor y electrónica orgánica. El grafeno es el más joven miembro de la familia del carbono, está siendo objeto de numerosas patentes y de muchas iniciativas investigadoras.

El grafeno es extremadamente delgado en su espesor, en escalas nano, y se mueve en escalas micro en sus dimensiones laterales. Compite hoy en día con el negro de carbono, el grafito y el carbono activo.

Actualmente el interés de BASF no es producir la materia prima sino estar en medio entre la materia prima y las aplicaciones finales, a través de compuestos, masterbatches o películas. A corto plazo las aplicaciones del grafeno se encontrarán en formulaciones y tintas conductivas y en composites, mientras que a medio plazo Schwab destacó aplicaciones en materiales para acumular energía (baterías, capacitadores) y catalizadores.

En el ámbito del grafeno, el interés de BASF no es producir la materia prima sino estar en medio entre la materia prima y las aplicaciones finales, a través de compuestos, masterbatches o películas.

Más adelante llegará el turno de las capas transparentes conductivas (OLED, pantallas, sector fotovoltaico) y semiconductores de carbono (transistores). Mostró algunos ejemplos de textiles de grafeno aplicados en el automóvil, como por ejemplo el proyecto conjunto con Daimler de textiles para calentar asientos. Plásticos técnicos y supercapacitadores imprimibles fueron otros de los ejemplos presentados.