Un mexicano en la pugna por el grafeno, el material milagro

Antonio Miramontes sostiene sobre la pal­ma de su mano un frasco de dos litros semi lleno de una especie de arena negra brillosa. Dice que, si agrega un bidón de 20 litros de ese material a 80 toneladas de ce­mento, se puede producir concreto 20% más resistente que el conven­cional y tres veces más impermeable y, por tanto, ideal para columnas que sostienen puentes en los ríos. Es el proyecto de su vida. Esa “arena” es grafeno, un mineral des­cubierto hace más de un siglo, pero clasificado como tal hace 50 años, y que promete ser tan revolucio­nario como en su tiempo lo fue la electricidad. El grafeno abre la posibilidad de tener, en el futuro, teléfonos celula­res o pantallas de computadora que se doblan como una hoja de papel, disponer en las viviendas de celdas fotovoltaicas más eficientes, colocar en el cuerpo prótesis biocompati­bles, ligeras y duraderas y volver potable el agua de mar. También se podrán hacer plásticos más ligeros y resistentes para el fuselaje de avio­nes y carrocerías de autos y, a la vez, ayudar a aumentar la eficiencia de las baterías de los autos eléctricos. Esta multifuncionalidad del gra­feno atrae a emprendedores en todo el mundo. Miramontes es uno de ellos. Egresado del ITAM y con un MBA de la London Business School, trabajó en una empresa de pro­ductos de limpieza que importaba grafeno para fines de investigación. Tras dedicar un año a investigar su potencial, decidió constituir Gra­phemex en 2014, con la idea de pro­ducirlo en México a escala industrial y a bajo costo. “Investigando sobre el grafeno, me di cuenta de que es el material del futuro y que va a cam­biar muchos productos y muchas industrias”, dice Miramontes. Pero es incierto cuándo llega­rán al mercado los productos con grafeno. El nuevo mineral no se usa en su estado natural, sino que debe ser transformado mediante procesos físicos y químicos sofisticados, según el uso específico que se le quiera dar, lo que lo encarece, hasta hacerlo comercialmente inviable. La dificultad para usarlo en la electrónica es que su estructura ca­rece de algo llamado brecha energé­tica. Para hacerlo utilizable se puede modificar introduciendo impuresas o moléculas externas, o inyectándole carga eléctrica, dice Doroteo Men­doza, investigador de la Facultad de Ciencias, de la UNAM. Miramontes afirma que grafeno procesado en los laboratorios de su empresa, Graphenemex, lo tienen a prueba potenciales clientes, y da el ejemplo de Innova3, una empresa de pavimentos que trabajaba en la cimentación del aeropuerto de Texcoco antes de que fuera cancelado. En la construc­ción de las pistas de aterrizaje se aplican varias capas de piedra para estabilizar el terreno, dice Miramontes, y en­cima se tiende una plancha de 1.20 metros de concreto, que, en su capa más superficial, podía llevar grafeno para aumentar la resistencia. Miramontes asegura que los dos primeros productos maquilados por Graphenemex que saldrán al mercado son un aditivo para concreto que incrementa la resis­tencia y, en esa medida, permite ahorrar cemento, y una pintura anticorrosiva, muy útil en zonas costeras y en instalaciones navales.  

Primer encuentro El primer contacto de Miramontes con el grafeno ocu­rrió mientras trabajaba en Energeia, una empresa que aplicaba el mineral para proteger sus productos de la radiación electromagnética, y él, cuenta, era responsable de importarlo de España y Estados Unidos. Graphenemex se basa en una nueva tecnología, enmarcada en la nanotecnología. “Una nueva empresa, un nuevo material, una nueva industria y en la que los procesos de producción están desarrollados básicamente a nivel de laboratorio”, reconoce Miramontes. “A gran escala, no había prácticamente nada”. Incluso la experiencia de los expertos que trabajan con el grafeno se limitaba a los laboratorios; no había compradores interesados en el material y no estaba claro cuáles serían las aplicaciones viables. Miramontes narra que su socio Luis Caballero y él de­dicaron 2015 a investigar el grafeno: visitaron empresas y hablaron con investigadores en Estados Unidos, Europa y Asia y, al año siguiente, afirma, dieron inicio a la cons­trucción del edificio donde nacería Graphenemex, en un barrio popular en el oriente de la Ciudad de México. Nadie pensaría que, en ese nuevo inmueble, bien pertrechado contra los asaltos, la meta es comenzar la versión mexicana de la revolución de los materiales que anuncia el gra­feno. El personal de Graphenemex consta de sólo 12 personas, pero la mitad tiene doctorado. La compañía comenzó a operar a principios de 2017. Su primer lote de grafeno lo obtuvo en abril y, a partir de entonces, sus expertos se han dedicado a desarrollar procesos propios (basados, sobre todo, en ultrasonido, centrifugaciones y ci­zallamiento de alta intensidad) para producirlo a escala comercial. Un espacio en el edificio fue habilitado para evaluar los cambios que experimentan productos como el concreto o la pintura al agregarles grafeno. “Tenemos la doble cachu­cha: somos productores de materia­les grafénicos y desarrolladores de aplicaciones; y, dentro de éstas, al­gunas van por cuenta propia y, otras, en alianza estratégica con algunas empresas”, indica Miramontes. La lucha de Graphenemex es contra el tiempo. “Las propiedades del grafeno están confirmadas por numerosos estudios científicos; de eso no hay ninguna duda. Lo que cuesta mucho más, como ha suce­dido históricamente con un nuevo material que se lleva al mercado, es que son procesos de más de 25 años. Así pasó con el silicio o la fibra de carbono. La innovación en materia­les implica procesos largos”, dice Jesús de la Fuente, CEO y fundador de Graphenea, empresa española que usa grafeno en el desarrollo de aplicaciones en polímeros, baterías, sensores y optoelectrónica. Aunque el grafeno es familiar del grafito de los lápices, no se le em­plea en su estado natural, sino que se le tiene que transformar median­te procesos físicos o químicos para obtener un material homogéneo, es­table y con las cualidades deseadas. Te puede interesar: Huawei creará el smartphone que carga en 10 minutos con ‘material de Dios’ “Los métodos de síntesis son ineficientes, aun para obtener grafeno de alta calidad estructural y electrónica, que, para ciertas aplica­ciones en dispositivos, es fundamen­tal”, comenta Mendoza. “Existen métodos donde se pueden producir grandes cantidades de material, pero tienen que perfeccionarse para que la calidad sea la adecuada”. El precio del grafeno está aso­ciado con el del carbón, pero, sobre todo, con el costo de transformarlo para usos específicos. El portal Gra­phene-Info dice que el polvo de gra­feno costaba, el año pasado, entre 50 y 200 dólares el kilogramo, depen­diendo de la calidad y el volumen de compra. Un año antes, Goldman Sachs estimaba que el nuevo mate­rial sería competitivo a un costo de 25 dólares el kilo, asumiendo que el carbón costara 1.50 dólares. “Es más caro que el oro”, dice Miramontes. “Nosotros estamos ofreciendo a 30 dólares el gramo, y todavía pen­samos reducirlo”. En el catálogo de Alibaba, el gigante chino del e-commerce, se ofrece grafeno en un rango de 1 a 100 dólares el gramo, pero pesa la versión de que en ese país se produce como si se tratara de un commoditie, además de la reputación de una calidad dudosa. Graphenea trabaja en cuatro áreas, comenta De la Fuente: polímeros, baterías, sensores y optoelectrónica. Entre sus clientes están Toshiba, Sigma Aldrich y Nokia; con esta última tiene una empresa conjunta llamada Inbedium, que desarrolla cámaras avanzadas de infrarojo, con visión nocturna, para celulares, vehí­culos y artefactos de seguridad. En Asia, fabricantes coreanos hacen investigaciones para desarro­llar celulares flexibles que se puedan doblar, baterías de alta duración y que se recarguen rápidamente, afirma Miramontes. Un uso menos espectacular, pero más cercano, es el mejoramiento de plásticos con grafeno, para dotarlos de mayor resistencia mecánica a la radiación ultravioleta (considerada el principal enemigo de los plásti­cos) e, incluso, de conductividad eléctrica, entre otras posibilidades. Los plásticos reforzados con grafe­no, además, son sumamente ligeros, resistentes y especializados, y se cree que sustituirán al aluminio para el fuselaje de los aviones o las carro­cerías de los autos, dice Miramontes. Se piensa que con compósitos poliméricos hechos de grafeno podrán fabricarse desde prótesis, hasta fuselaje para aviones, carroce­rías automotrices y autopartes; en el campo de la electrónica, el grafeno sustituirá algún día al silicio en los chips de sensores biomédicos, por ejemplo, y se le podrá usar como vehículo para la administración de medicamentos, terapias anticancerí­genas, regeneración celular, etcétera. Las celdas fotovoltaicas hechas con grafeno, por otra parte, aumen­tan sustancialmente su eficiencia, lo mismo que las baterías y los transistores. Carrera contra el tiempo Pero Graphenemex sigue siendo un gran sueño contenido en un frasco. La empresa, en la que los socios han invertido unos 5 millones de dólares (mdd), aún no tiene clientes ni, por tanto, ingresos. “A quienes van a uti­lizar el material les exigen cambiar o rediseñar sus dispositivos y adaptar sus procesos”, dice De la Fuente. “Son procesos largos y que requieren de mucha inversión de todos, espe­cialmente de los clientes”. Antonio Miramontes afirma que ha visitado empresas para darles a conocer el grafeno, y que otras se han acercado para conocer lo que hace Graphenemex. Algunas em­presas le piden grafeno para hacer sus propias pruebas; otras, quieren hacerlas en conjunto; y, algunas más, están dispuestas a asociarse para sacar al mercado un producto con­junto. “El campo de investigación sobre el grafeno y sistemas relacio­nados es muy activo y existe mucha competencia a nivel mundial”, dice Mendoza, de la UNAM. La carrera contra el tiempo ocu­rre en todo el mundo. Las dificulta­des para que el mercado adopte el nuevo material llevó a la creación de Graphene Flagship, una iniciativa de la Unión Europea para impulsar la investigación, que durará 10 años, y tiene un presupuesto de 1,000 millones de euros (mde). El objetivo es producir aplicaciones comercia­les, sobre todo relacionadas con la electrónica, pero también compósi­tos poliméricos para la aeronáutica, baterías, etcétera. “Empezó en 2013 y acabará en 2023”, señala De la Fuente. “La mitad del dinero es de la UE y, la otra, de grandes empresas, como Infinium, Bosch, Nokia, etcétera, y se espera que al final del proyecto se obtengan algunas aplicaciones de nicho, sobre todo relacionadas con sensores avanzados para aplicaciones electrónicas, médicas y algunas optoelec­trónicas, que parecen estar cerca del mercado”. La carrera es también por desarrollar procesos y registrar patentes, dice Miramontes, y la academia está en la primera línea de ataque. En la Universidad de Man­chester, por ejemplo, se experimenta con celdas o filtros hechas de nano-filamentos de óxido de grafeno para el control eléctrico de flujos de agua, lo que podría derivar en aplicaciones médicas, como tratamientos renales, regulación de la temperatura corporal y la digestión. Ex­pertos del Massachusetts Institute of Technology (MIT) buscan escalar, por diferentes métodos, la producción de grafeno, una condición para llevarlo al mercado. México tiene también un laboratorio nacional de materiales grafénicos, en el que se investigan aplicacio­nes de sensores y biosensores de glucosa, y baterías y su­percapacitores. “Estamos en pláticas con dos compañías para firmar convenios de colaboración”, dice Salvador Fernández Tavizón, coordinador en el Laboratorio Na­cional de materiales grafénicos, del Centro de Investiga­ción de Química Aplicada (CIQA). “Tenemos un tren de patentes en proceso”. En su intento de que México llegue antes que nadie al mercado, Graphenmex ha centrado su negocio en el óxido de grafeno (que incorpora átomos de oxígeno en las moléculas de carbono); es más fácil de producir, mezcla bien con agua y funciona como aislante, anti­corrosivo e impermeable. Miramontes afirma que hace pruebas con varias compañías, entre ellas Conkretar, una productora poblana de concreto; Biozone, fabri­cante de aditivos para concreto en Guadalajara; y Hughson, fabricante de pinturas de Guanajuato. Forbes no pudo contactar a estas empresas para confirmar la información. Con sólo 70 kilogramos de grafe­no se podría mejorar la conducción eléctrica en las pantallas de todos los teléfonos celulares que se producen en el mundo, sólo que las nanolámi­nas que se necesitan para ello son muy costosas. En cambio, el grafeno usado en polímeros no es caro, pero se necesitarían 10,000 toneladas del material para tratar los plásticos que se producen tan sólo en un año. Nin­guna de las dos cosas se ha logrado. En el primer caso, se necesita abatir costos para poder masificar el uso y, en el segundo, encontrar métodos escalables de nanotecnología, expli­ca Fernández. En otros casos, la complejidad es también técnica. Para almacenar energía hay costos de procesamien­to, pues se deben modificar mate­riales y hacerlos estables, lo cual tiene su grado de dificultad, agrega Fernández. Se necesita elaborar una especie de esponja de un material muy ligero, de millonésimas de mi­límetro y separado por láminas para almacenar la carga. Pero Graphenemex ha logrado algo más. “Estamos reduciendo el costo del grafeno y otros materiales grafénicos para fomentar el desa­rrollo de aplicaciones y hacerlas económicamente viables”, afirma Antonio Miramontes. “Ya somos capaces de escalar la producción tanto como queramos, con buena calidad. Al mismo tiempo, hemos logrado alcanzar una alta eficiencia en costos, con economías de escala y poca utilización de energía”. Miramontes sabe que el camino es largo, pero también que lo es menos para quienes ya empezaron a recorrerlo.