Desde tiempos inmemoriales, el hombre se ha preocupado por conseguir materiales y aprovecharlos en su beneficio. El afán de experimentar con ellos ha sido intrínseco a su naturaleza, evidente en las diversas edades de la civilización: Piedra, Bronce o Hierro.
Al paso del tiempo, el gran despegue para la investigación y el creciente uso de la tecnología basada en los materiales se ubicó en la Revolución Industrial. “Sin embargo, obtener los materiales y utilizarlos en favor del género humano se logró sin reflexionar sobre su final”, planteó Yesenia Arredondo León, coordinadora de la licenciatura en Ciencia de Materiales Sustentables, que se imparte en la Escuela Nacional de Estudios Superiores (ENES) Unidad Morelia, de la UNAM.
Actualmente, obtener materiales es una tarea que requiere de la investigación para comprender sus propiedades, así como para saber cómo modelarlas y modularlas en beneficio humano y adelantarnos a sus repercusiones sociales y ambientales, agregó la investigadora.
Las necesidades actuales apuntan a explotar un material –por ejemplo, el de una mina– y necesariamente a analizar el impacto de esa extracción. “Se requiere específicamente que sean sustentables, que respondan a las crisis ambiental y energética de las que somos testigos”.
Para ser considerados en esa clasificación su uso o proyección debe dirigirse en especial al desarrollo sustentable de las sociedades. Esto hace que la investigación en materiales de este tipo tenga tres directrices principales: eficiencia energética, cuidado ambiental e investigación básica, “para comprender y predecir su comportamiento y tratar de modular sus propiedades, de tal manera que cada vez sean más amigables con el género humano y con el medio ambiente”.
Para ese fin, se reconocen varios tipos: los biomateriales, los conocidos como inteligentes y los nanomateriales, entre otros. La investigación en esta disciplina no sólo atiende al material en sí mismo, sino al tipo de procesos utilizados en beneficio de un menor consumo de energía o de cuidado ambiental. “De este modo, surge la llamada química verde, cuyos procesos también se desea hacer más amigables con el entorno y eficientes, desde el punto de vista energético”, añadió.
Respecto a los biomateriales, la investigadora dijo que se trata de materiales usados como prótesis de cierto órgano, tejido o hueso. Para este último uno de los más utilizados es el titanio; sin embargo, los huesos no son cien por ciento sólidos, sino porosos. “Ya se han desarrollado esponjas metálicas que, se espera, sirvan como prótesis”. Aún más, tiene aplicaciones en arquitectura, pues resulta ideal como aislante térmico y del ruido.
En cuanto a los nanomateriales y materiales inteligentes, su objetivo es insertarse en la esfera tecnológica y del cuidado ambiental. A partir de ellos se han diseñado experimentos para potabilizar agua.
Otro ejemplo son los convertidores catalíticos de autos, hechos a base de arcillas en las que se dispersan rodio y paladio para ayudar a que el óxido nitroso y el monóxido de carbono se conviertan en nitrógeno, forma gaseosa que se va a la atmósfera, o en bióxido de carbono, que los árboles y plantas se encargan de convertir en oxígeno. Se espera mejorar su eficiencia a partir del uso, por ejemplo, de nanopartículas de oro, abundó la especialista.
Elemento recurrente en las crisis ambientales es el petróleo, del cual depende la civilización humana. La ropa que vestimos está hecha con hilos que provienen de él y nuestro transporte se hace de productos derivados; la idea es alejarnos de ese camino.
De acuerdo con Arredondo, una de las alternativas es diseñar materiales hechos a base de sustancias biodegradables, como la fructuosa o la celulosa. “Ya hay de este tipo (polímeros orgánicos) y sus desechos son menos impactantes que los derivados del petróleo”.
Para revertir esa dependencia, que nos “lleva a callejones sin salida”, la estudiosa también sugiere potenciar la tecnología electrónica, “presente en la vida cotidiana”. La humanidad cuenta con descubrimientos del siglo pasado que se han mantenido en la teoría, pero con la manipulación de la materia lograda en los laboratorios (microscópicos y nanoscópicos) se ha comprobado que con esas teorías se puede optimizar la electrónica.
“El concepto es el spin del electrón. En 1933 se descubrió, pero no se sabía cómo manipularlo de manera eficiente hasta décadas recientes. La electrónica basada en el spin tiene un nombre de cariño, espintrónica, que tiende a ejecutar la electrónica que conocemos sin el desgaste del movimiento de los electrones”, aclaró.
En cuanto a los llamados materiales inteligentes se conocen, por ejemplo, los que tienen memoria de forma, cuya naturaleza permite que no se conviertan en desechos con rapidez. “Si un auto choca y se le daña la portezuela, habrá que cambiarla. Esa pieza se convertirá en basura. Pero qué pasará si el daño puede revertirse. Con los materiales con memoria se alargará la vida media de los productos”, aclaró la física.
El auto eléctrico es el ejemplo por excelencia de la aplicación de los materiales para el desarrollo sustentable. Nos imaginamos un vehículo que no utilice gasolina ni diésel como combustible, sino agua o gas natural. Ya se conocen los que emplean el segundo, pero este combustible sigue dentro del círculo vicioso contaminante.
En la sede del Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM en Morelia, varios académicos prueban el almacenamiento de hidrógeno para celdas de combustible, basadas en ese gas. Este experimento podría aplicarse en un auto a partir de un proceso químico bien conocido: la electrólisis.
“Una vez que sabemos cómo obtener materiales que promuevan el desarrollo tecnológico, apuntamos a resolver problemas, y que se considere también el impacto que la posible solución pueda tener en el medio ambiente y, en general, en nuestro planeta, para caminar en dirección de un desarrollo sustentable”, concluyó la investigadora.
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