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Nanomateriales: el futuro circular en un grano de arena

Nanomateriales

Estas mini-partículas tienen propiedades increíbles que pueden revolucionar el mundo de la ciencia y la protección del medio ambiente: algunas de ellas pueden desde modificar las propiedades de otras sustancias y hacerlas más ligeras hasta ayudar a cultivar alimentos más saludables.

Para alcanzar un futuro descarbonizado, es decir, donde dejemos de emitir toneladas de partículas de CO2 a la atmósfera –una de las principales causas del calentamiento global–, necesitamos implementar tecnologías limpias  con eficiencia energética en casi todas las industrias, sectores de la economía e incluso en nuestros hogares y escuelas. Quizás lo primero que se nos venga a la mente al pensar en esta transición sean los grandes molinos eólicos, que permiten generar electricidad renovable a partir del viento; las placas fotovoltaicas, que aprovechan los rayos del sol para la misma finalidad; o los coches eléctricos, que evitan la combustión de fuentes de energía fósil que, además de CO2, emite otros gases contaminantes perjudiciales para la salud. Sin embargo, a esta lista también se añaden muchas otras soluciones que tienden a pasar más desapercibidas. Y en ocasiones no es de extrañar: algunas de ellas ni siquiera seríamos capaces de verlas aunque estuviesen en la palma de nuestra mano.

Nanomateriales para un futuro descarbonizado

Los nanomateriales tienen una dimensión ínfima: su escala es inferior a 100 nanómetros –es decir, hasta 100.000 veces menor que el diámetro de un cabello humano–. Estos están presentes de forma natural en el humo o las proteínas sanguíneas, pero también se pueden crear de forma artificial para aprovechar algunas de sus sorprendentes propiedades –no por nada se les llama «materiales del futuro»–: algunos de ellos favorecen la interacción entre átomos y moléculas dando lugar a distintas atracciones y repulsiones que terminan afectando al comportamiento de los materiales. En otras palabras, con una pequeña cantidad de algunos nanomateriales se pueden alterar –y mejorar considerablemente– las propiedades de otros objetos.

Encontramos uno de los mejores ejemplos en los nanomateriales creados a base de carbono que consiguen aumentar la ligereza y resistencia, algo clave para sectores como el de la transición energética. Por ejemplo, las palas más grandes en las turbinas eólicas permiten generar más electricidad, pero si estas pesan demasiado, la ecuación se echa a perder… Es entonces donde entran estos nanomateriales, que no solo hacen las palas más livianas, sino que además aumentan su durabilidad. Incluso los paneles solares utilizan estas mini-partículas para mejorar su eficiencia.

La nanorevolución circular

Uno de los sectores donde más se está empleando esta microscópica tecnología es en el de la agricultura donde, además de mejorar su sostenibilidad, las mini-partículas favorecen la calidad y salubridad de los alimentos. Por ejemplo, los fertilizantes tradicionales –necesarios para el correcto desarrollo de los cultivos–, pese a no ser sustancias tóxicas, pueden alterar el equilibrio de ecosistemas al infiltrar en suelos o corrientes de agua nutrientes en exceso. Sin embargo, los elaborados con nanomateriales pueden resolver este problema: es más difícil que se disuelvan en los ríos y campos y pueden aplicarse de forma mucho más precisa, lo que evita también el desperdicio. Algo muy similar sucede con los nanopesticidas.

Algunos nanomateriales son capaces de acelerar la transformación de la biomasa vegetal en biocombustibles

Por otro lado, los nanomateriales pueden ayudarnos a impulsar la transición circular: algunos son capaces de facilitar y acelerar la transformación de la biomasa vegetal en biocombustibles o mejoran la resistencia de compuestos como el papel reciclado.

Pero sus propiedades van más allá: se ha descubierto que la capacidad de filtrado de sales del grafeno –nanomaterial que se extrae del grafito– puede potabilizar el agua de mar y facilitar su consumo en regiones con problemas de escasez. Soluciones que suponen un rayo de esperanza para la necesaria adaptación de la humanidad –y, en especial, de los colectivos más vulnerables– a las consecuencias del cambio climático.

Viaje al nanomundo desde clase

Aunque las aplicaciones de los nanomateriales parezcan inalcanzables para un aula escolar, lo cierto es que algunos productos que vemos y usamos en nuestro día a día ya cuentan con elementos de estas características:

  • Nanocrema solar: Sabremos identificarlas porque en la etiqueta se podrá leer un «nano» al lado de los ingredientes de óxido de titanio o dióxido de zinc. Pero, para ver esta diferencia de forma clara en el aula, solo necesitamos una cartulina negra y un bastoncillo de algodón. Con un extremo del bastoncillo extendemos una pequeña cantidad de crema sobre la cartulina negra e intentamos que esta desaparezca frotándola. Con el otro extremo, realizamos el mismo procedimiento, pero con la crema con nanopartículas. Veremos cómo en esta última la mancha se queda transparente, a diferencia de la otra crema, con la que observamos una mancha de color blanco. Aunque ambas se componen del mismo óxido de zinc, sus propiedades son distintas porque el tamaño de las partículas que los componen también lo es.
  • Arena mágica: Este conocido material, que en sus inicios fue inventado para limpiar los derrames de petróleo, es un clásico de las jugueterías. La arena mágica ha llamado la atención de generaciones debido a una simple pero increíble razón: si sumergimos este material en agua, no se moja. Esto se debe a que la arena ha sido tratada con una capa, del grosor de un nanómetro, de una silicona especial repele el agua.

El grafeno puede filtrar las sales del agua para hacerla potable

Por otro lado, aunque no tratemos con tecnología de nanomateriales de forma directa, hay cientos de experimentos para mostrar a tu alumnado la magia invisible que esconde el mundo microscópico y cómo la química puede provocar fenómenos increíbles:

  • Un campo de fuerza (de jabón): En este sencillo experimento, el alumnado podrá ver el poder del jabón para repeler bacterias y suciedad. Basta con mezclar pimienta negra con agua en un plato y probar a meter dos dedos: primero uno al desnudo y después otro embadurnado con jabón. El alumnado podrá ver cómo en el primero de los casos nada cambia en la mezcla pero, al meter el dedo enjabonado, se crea un campo de fuerza alrededor del dedo, expulsando toda la pimienta a los márgenes del plato.
  • De líquido ¿a sólido?: Como si de un superpoder se tratase, en este experimento niños y niñas quedarán asombrados al ver cómo un líquido, al verse golpeado, se comporta como un sólido. La actividad comienza mezclando agua con maicena en una botella hasta alcanzar una textura líquida pero firme. Acto seguido, se infla un globo y se conecta a la botella para rellenarlo con la mezcla. Una vez esté todo el contenido en el globo, se deja escapar el aire y se cierra. Al tocar el globo el interior se sentirá líquido, pero al dejarlo caer se podrá comprobar que, con el impacto, el material responde como un sólido. Animamos a comparar lo que sucede al dejar caer un globo con agua y otro con la mezcla.

Como vemos, con un poco de tiempo y ganas de experimentar, el mundo –o nanomundo– y sus increíbles propiedades pueden estar, aunque no lo veamos a simple vista, al alcance de nuestras manos.

Texto: Esmeralda R. Vaquero
Ilustración: Nicolás Aznárez