Desde el descubrimiento formal del grafeno en 2004, ha sido tan común asociar su nombre a la idea de material milagro que se diría que ya está presente en todas partes, y quizá esto haya contribuido a convertirlo en un fetiche de teorías conspirativas. Lo cierto es que, si bien abundan las listas sobre sus múltiples utilidades, siempre se habla de aplicaciones potenciales para las que es el candidato ideal; hoy su uso todavía es marginal y experimental. Pero no siempre va a ser así. Y antes de que llegue ese pronosticado despegue del grafeno, debemos preguntarnos: ¿podría ser un futuro contaminante tóxico?
Teorizado en la década de 1940 y posiblemente observado por primera vez al microscopio electrónico en 1962 por Hanns-Peter Boehm —quien acuñó su nombre—, no fue hasta 2004 cuando Andre Geim y Konstantin Novoselov lo obtuvieron en un laboratorio de la Universidad de Manchester partiendo de una piedra de grafito, como las minas de los lápices, y cinta adhesiva para despegar una capa lo más fina posible. El final del proceso era una lámina ultrafina de carbono en estructura hexagonal y de un solo átomo de grosor, el primer material bidimensional. Geim y Novoselov recibieron el Nobel de Física en 2010.
Varias propiedades hacen del grafeno ese material milagroso del que se habla. Su resistencia es 200 veces mayor que la de una lámina de acero de igual grosor; es transparente, ligero y flexible, un magnífico conductor del calor y la electricidad, aguanta hasta 700 °C y es resistente a los ácidos. Sus posibles aplicaciones son numerosas en campos diversos como electrónica, energía, biomedicina, materiales compuestos, desalación del agua, descontaminación y otros. El problema, según Kevin Wyss, de la Universidad Rice, es que “todavía es increíblemente difícil y caro fabricarlo a escala comercial”. Por eso aún son escasos los productos que lo llevan, y pocas grandes compañías lo usan habitualmente. En palabras de Wyss, “la producción actual apenas puede cubrir la experimentación, mucho menos el uso extendido”.
Nuevas técnicas de fabricación
La exfoliación del grafito, basada en el principio de Geim y Novoselov, produce grafeno imperfecto y de baja calidad. La expansión de sus usos requerirá grafeno de mayor calidad que se obtiene por procesos de síntesis como la deposición química de vapor, pero tarda horas en producir una cienmilésima de gramo, según Wyss.
No parece haber dudas de que el despegue del grafeno llegará gracias a nuevas técnicas de fabricación como el efecto Joule —consistente en hacer pasar electricidad para reorganizar los enlaces del carbono—, capaz de producir cantidades de gramos en menos de un segundo a partir de fuentes de carbono comunes, como combustibles fósiles o residuos de alimentos, goma o plásticos. Según Graphene Flagship, una de las grandes iniciativas científicas de la UE, el mercado del grafeno está en constante crecimiento, y en los próximos años se disparará desde unos ingresos de 380 millones de dólares en 2022 hasta 1.500 millones en 2027.
Pero el caso del insecticida DDT nos recuerda que a veces un producto en apariencia inocuo, que a mediados del siglo XX se promocionó como milagroso, acaba convirtiéndose en una lacra medioambiental. ¿Podría ocurrir algo similar con el grafeno? Para empezar y si su presencia va a multiplicarse, ¿cuál es el impacto ambiental de su producción? Los expertos destacan que la procedencia de la electricidad es clave: la energía limpia reducirá el coste climático. Según Graphene Flagship, en la factura ambiental influyen numerosos factores, desde la materia prima hasta el método de fabricación, pero siempre hay contaminación.
En particular, el efecto Joule aplicado sobre biomasa reduce la huella hídrica y de carbono en más de un 90% en comparación con otros procesos de fabricación, abriendo la puerta a un grafeno 10 veces más barato y neutro en carbono. Los usos también pueden ser ventajosos: por ejemplo, su utilización en construcción mezclado con el hormigón puede disminuir la cantidad de este material hasta en un 30%, con un recorte paralelo en las emisiones.
Impacto en la salud y en el medioambiente
¿Qué hay de su presencia en el medio ambiente? Se han propuesto varios posibles mecanismos de toxicidad, incluyendo estrés celular, inflamación y daños al ADN, pero también propiedades antibacterianas. Los científicos de Graphene Flagship informan de la posible formación de granulomas pulmonares —pequeñas área inflamadas— por inhalación, dependiendo del tamaño de las partículas, lo cual es consistente con los daños a las células por los bordes cortantes del grafeno.
Sin embargo, el primer ensayo clínico para estudiar las respuestas cardiopulmonares agudas a la inhalación de grafeno, publicado en 2024, concluye que “la exposición a nanoláminas de óxido de grafeno fue bien tolerada sin efectos adversos” en cuanto a ritmo cardíaco, presión sanguínea, función pulmonar y marcadores de inflamación, sin importar el tamaño de las partículas. El ensayo culmina una década de estudios en ratones y tejidos humanos, pero los investigadores advierten: son resultados preliminares. En un modelo arterial de laboratorio se detectó un ligero aumento de la coagulación sanguínea. Además, se trata solo de un ensayo a corto plazo, y la transformación medioambiental del grafeno aún es una incógnita.
Según el codirector del estudio, Mark Miller, de la Universidad de Edimburgo, este es “un enorme paso adelante en nuestra comprensión de cómo el grafeno podría afectar al cuerpo”, pero harán falta muchos más estudios para garantizar que este material se fabrica “de modo que sea seguro antes de que podamos utilizarlo más ampliamente en nuestra vida”. ¿Llegaremos a poder certificar que el grafeno es seguro y sostenible antes de que esté presente en todas partes?
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