Proyecto Grafeno: Control Estratégico y Seguridad para la UE

Resumen

Firma Invitada: Fernando Ruiz Dominguez, Licenciado en Derecho | Former EUPM- SIPA (Crime Investigation Department) Adviser

Hace unos días se hacía público mediante un comunicado oficial de la Comisión Europea que uno de los ganadores de un concurso europeo de Tecnologías Futuras y Emergentes (FET), recibirá mil millones de euros para realizar durante un periodo máximo de diez años, investigaciones sobre las propiedades físicas y químicas así como la innovación relativas al grafeno. En esta iniciativa participarán como poco quince Estados miembros de la UE y alrededor de doscientos institutos de investigación; es decir, la Comisión Europea apoyará mediante una gran financiación, el Proyecto Grafeno, siendo la mayor parte de esos mil millones de euros aportada a través de los programas marco de investigación de la UE, y en especial por el Programa Horizonte -que por su parte previsiblemente contará con un presupuesto global de ochenta mil millones de euros (periodo 2014-2020) ya que se encuentra en estos momentos en fase de negociación en el Consejo y en el Parlamento Europeo-.

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Queda por lo tanto clara la posición europea en cuanto a mirar hacia el futuro y a seguir siendo una superpotencia del conocimiento (explotar las ideas y apoyar la excelencia científica) al mismo tiempo que se mantiene competitiva. Ahora bien, veamos lo que hay detrás de esta decisión de futuro en general y en especial en el marco de la seguridad.

Para comprender en gran medida la importancia de este proyecto debemos conocer algunas cuestiones previas relativas al grafeno en sí.

Así por ejemplo, en cuanto a su devenir histórico, tenemos que se trata de un material cuyo enlace químico y su estructura se describieron durante la década de 1930, -si bien hasta 1994 no se adoptó oficialmente la palabra grafeno para designarlo- , lográndose finalmente sintetizar en un laboratorio en el año 2004 (hecho publicado por la revista Science).

Andre Geim y Konstantin Novoselov -físicos investigadores de la Universidad de Manchester-, obtuvieron en el año 2010 el Premio Nobel de Física por sus trabajos relacionados con el grafeno (aislaron una lámina de grafito de forma estable), lo cual da una clara idea de la importancia que se le atribuye a este elemento -y a lo que le rodea-, por parte de toda la comunidad científica.

El grafeno es una sustancia formada por carbono puro, cuyos átomos se presentan bajo la apariencia de una sola capa (naturaleza bidimensional) de un patrón regular hexagonal (apariencia de celosía similar a la de un panal de abejas), de gran ligereza (un metro cuadrado pesa 0,77 miligramos), flexibilidad (se puede enrollar una lámina del mismo alrededor de nuestra muñeca) y dureza (al menos cien veces más duro que el acero). Se presenta de forma casi transparente, si bien se puede lograr que sea opaco con el oportuno tratamiento permanente o la aplicación de corriente en un determinado momento (si interesa para la aplicación en cuestión). Es el material más fino conocido (en un milímetro de grafito tenemos tres millones de capas de grafeno); tiene propiedades de conductividad térmica (100 veces mejor que el cobre) y de electricidad (100 veces mayor que la del silicio), así como de resistencia (resiste el calor mejor que el diamante); consume menos electricidad que el silicio (para una misma tarea); se calienta menos al conducir los electrones y soporta la radiación ionizante.

Los métodos de obtención del grafeno son diversos (a partir del grafito natural que por ejemplo se encuentra en abundancia en las minas españolas o del grafito sintético) y pasan por procesos tan dispares como someter azúcar común a 800º ; Plasma ; Exfoliación líquida ; Scotch tape (cinta adhesiva para exfoliación mecánica que solo sirve a nivel experimental pero no a nivel industrial); Chemical Vapor Deposition (CVD o deposición química en fase vapor, ya que no utiliza grafito para producir grafeno en láminas sino gas metano) ;Oxidación de grafito y separación del grafeno por ultrasonidos (grafeno en polvo), etc. siendo los dos últimos procedimientos los de uso industrial que producen un grafeno, de mejor calidad -el obtenido en lámina por CVD-, y a un menor coste económico -el obtenido en polvo mediante ultrasonidos-.

Igualmente se tiene conocimiento desde el año 2011 -por medio del telescopio espacial Spitzer de la NASA-, de que posiblemente existe grafeno en el espacio.

Entre todas las empresas que más han invertido económicamente y que se perfilan como referentes mundiales en cuanto a investigación en este sector, destaca la española GranphNanotech (del Grupo Antolín y con sede en Burgos), así como Graphenea Nanomaterials (con sede en San Sebastián) la cual a su vez despunta como una de las tres mayores empresas productoras mundiales de grafeno desde el verano de 2011 (siendo las otras dos de EEUU).

También habría que destacar que otra empresa española (aunque con un capital del 10% alemán), la alicantina Graphenano, pretende construir en Murcia, con una inversión de 200 millones de euros, una de las mayores plantas a nivel mundial de producción de grafeno, introduciendo en el mercado –según ellos- y a gran escala, un formato inexistente hasta ahora (láminas de hasta 50×50 cms) como parte de su oferta.

El precio de obtención del grafeno ha experimentado bajas tan significativas como las que se producían entre los años 2008 y 2009. Así si en 2008 un cm2 de grafeno costaba la escandalosa cifra de 80 millones de euros, en el año 2009 la misma medida pasó a costar tan solo 80 euros, por lo que evidentemente en la actualidad son varias las empresas las que lo venden incluso por toneladas (Segal M. “Selling graphene by the ton. 2009).

Hoy en día el precio del grafeno de baja calidad cuesta menos de diez euros el gramo, frente a los casi cien euros que cuesta el de alta calidad.

Por lo que se refiere a las aplicaciones reales y potenciales del grafeno tenemos entre otras:

Escaners: Treelogic (empresa con sede en Asturias) y sus socios de proyecto, trabajan en el desarrollo de un sistema de visualización de bocetos previos e imágenes ocultas bajo los lienzos (sin daño para estos), así como del contenido de vasijas y objetos tridimensionales cerrados. Es decir sin lugar a dudas se trata igualmente de una tecnología susceptible de ser aplicada al campo de la seguridad.

Músculos artificiales: Ingenieros de la Universidad de Duke (Escuela de Ingeniería Pratt- EEUU) han conseguido mediante la combinación de grafeno y polímeros la elaboración de músculos artificiales que se pueden contraer y expandir mediante la aplicación de corrientes eléctricas. Si bien su aplicación inicial mejorará la calidad de vida de muchos discapacitados, a nadie se le escapa la futura aplicación en el campo de la robótica de seguridad o en la fabricación de ligeros y resistentes exoesqueletos de uso policíal-militar. Así dichos exoesqueletos (que ya se construían con otros materiales) serán capaces de soportar cargas de peso superiores a las que aguantan los seres humanos sin contar con esta ayuda artificial.

Nano-sensores: Ya en el verano pasado se hizo público (revista Nature) por parte de un equipo de investigación español (Instituto de Química-Física Rocasolano de Madrid, Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona y NanoGune de San sebastián), que se había logrado confinar la luz a escala nanométrica en grafeno. De esta forma quedó demostrado que dicho material puede ser utilizado también para procesar información óptica y de detección ultra-sensible y que se puede crear un puente entre los campos de la nano-óptica y la nano-electrónica.

Se abría así una nueva vía de trabajo en diversas áreas como las células solares (se podría conseguir una eficiencia del 42% frente a la del 16% que actualmente se consigue con otros materiales), los sensores de luz o los biodetectores, todos ellos elementos de uso corriente en sistemas de seguridad.

Filtros desalinizadores de agua: El control del agua potable se ha considerado desde siempre un factor estratégico en el campo de la seguridad y la defensa y por ello se invierte tiempo y dinero en la investigación.

El método común para desalinizar agua de mar utiliza una membrana (ósmosis inversa). La ventaja del uso del grafeno es que este puede hacer el trabajo más rápido operando a la misma presión de trabajo actual, o en su defecto puede operar a una velocidad similar a la del sistema común pero necesitando una presión más baja de trabajo, lo que supone un ahorro energético. La diferencia clave al usar grafeno se encuentra en que la membrana fabricada con el nuevo material es mil veces más fina que la empleada en el método común.

Electrónica: El gigante informático IBM se encuentra actualmente trabajando en la producción de prototipos de transistores de grafeno que trabajan a 100 GHz (diez veces superior a la de los transistores actuales). Igualmente científicos del Georgia Institute of Technology y el Naval Research Laboratory (EEUU) investigan sobre la forma de escribir nanocircuitos sobre el grafeno, habiendo logrado ya crear un proceso de nanolitografía termoquímica, que puede convertir un material aislante en conductor.

La compañía Samsung trabaja hace tiempo en la investigación y desarrollo de pantallas táctiles enrollables (fabricadas por el método “roll-to-roll”), que junto con los avances conseguidos por –entre otros- el equipo de investigadores del Pacific Northwest National Laboratory (EEUU), – han conseguido que tras añadir grafeno a una batería de litio esta cargue a gran velocidad (media hora para la carga completa de una batería de un smartphone) y que la misma tenga mejor estabilidad-. Sin duda se trata de un nuevo paso de gigante en el área de las comunicaciones. Así con unos electrodos de grafeno los nuevos modelos de baterías son hasta diez veces más duraderas, lo que evidentemente redunda también por ejemplo y por analogía extensiva en la autonomía operativa de otros equipos portátiles de comunicaciones (que también utilizan baterías) y que habitualmente se utilizan por parte de los diferentes grupos de seguridad y defensa.

Logística: Investigadores del Shanghai Institute of Applied Physics (China) intentaron hacer crecer diversas cepas bacterianas sobre papel de óxido de grafeno y células humanas. Las bacterias no pudieron crecer sobre el papel y no se observaron efectos adversos sobre las células humanas. Por lo tanto y dado el efecto antibacteriano del grafeno y que este se puede producir en grandes cantidades y a bajo coste, el mismo se podría utilizar para envasar alimentos, fabricar prendas de vestir y calzado, así como vendajes, elementos que todos ellos están presentes en el sector de la seguridad y la defensa, evitando de esta manera los grandes problemas logísticos que acarrean las contaminaciones bacterianas.

Detectores de explosivos: Un investigador del Renseelaer Polytechnic Institute de Nueva York, ha conseguido detectar a temperatura ambiente, cantidades tan pequeñas de amoniaco y dióxido de nitrógeno como 0,5 partes por millón, utilizando para ello un dispositivo de su creación, tan pequeño como un sello de correos, fabricado a base de espuma de grafeno y midiendo en este los diferentes cambios que experimenta su conductividad eléctrica. A nadie se le escapa su bajo peso, coste, tamaño y sensibilidad de detección, lo cual supone un gran avance para el sector de la seguridad.

Detectores de drogas: Investigadores de la Universidad de Manchester (Reino Unido) en colaboración con los de la Aix-Marseille University (Francia) han desarrollado un sistema (basado en el grafeno y el hidrógeno) para la detección más rápida y precisa de drogas que los sistemas actuales, ya se encuentren las mismas dentro del cuerpo humano o ya estén ocultas en objetos, por lo que resulta evidente su interés en materia de seguridad aeroportuaria.

Composites avanzados para aeronáutica: Debido a su flexibilidad, dureza y ligereza, algunas compañías aeronáuticas y agencias aeroespaciales están probando este material con óptimos resultados.

Composites avanzados para armamento: Hace varios años que los diferentes fabricantes mundiales de armas introdujeron en el mercado toda clase de polímeros que pasaron a sustituir a muchas piezas de sus productos, las cuales venían fabricándose en otros materiales tales como madera o diferentes tipos de aleaciones metálicas.

Los motivos fueron claros. Así la dureza, durabilidad, ligereza, menor coste, etc. fueron elementos clave en su paulatina utilización industrial.

Por otra parte, en España algunos equipos de vela de alta competición utilizan grafeno para mejorar la dureza y flexibilidad de las fibras de carbono de sus embarcaciones.

Igualmente y de la misma manera que el grafeno ya forma parte del mundo deportivo de la alta competición (otro ejemplo es el de Novak Djokovic que exhibió su raqueta de tenis Head G -fabricada con grafeno-, el pasado 7 de noviembre de 2012 en la Copa Masters) posibilitando que con un menor y mejor reparto de peso de esta -respecto a modelos anteriores fabricadas con otros materiales-, el tenista logre mayor potencia de golpeo, al mismo tiempo que este emplea un menor esfuerzo en cada golpe, así también veremos como se introduce paulatinamente dicho material en partes de elementos tan cotidianos en materia de seguridad como las armas cortas y largas, los núcleos de las defensas, los bastones extensibles, etc. que garanticen la ligereza y durabilidad de los mismos. De esta manera se podrían reducir sensiblemente los costes de reposición por posible deterioro del material, se ganaría en operatividad al disponer de un material más ligero y resistente, etc.

Chalecos antibalas, cascos y escudos: Hasta la fecha la mayoría de estos equipamientos de seguridad se fabrican con kevlar, que si bien es efectivo, el mismo es hasta cierto punto pesado y una vez que ha sido alcanzado por una bala, pierde su funcionalidad. Las ventajas del grafeno son claras ya que es más resistente a las balas y mucho más ligero que el kevlar. Por otra parte el problema en el que se trabaja actualmente es la ductilidad del grafeno, ya que aunque dicha propiedad dota a los chalecos antibalas de una indudable comodidad de uso, por el contrario el compuesto no puede absorber toda la fuerza de los impactos, causando por lo tanto un gran trauma a su potencial portador. La línea de investigación apunta al desarrollo de un material inteligente que en condiciones normales sea rígido pero que en un determinado momento adquiera la rigidez extra necesaria en caso de impacto. De ahí también la importancia de los fondos económicos europeos.

Finalmente habría que hablar de lo que supone el abandono del uso de otros productos por parte de la industria de la UE en busca de un sustituto más económico y sostenible como puede ser el grafeno.

Así entre otros, el indio con el que se fabrican actualmente los televisores OLED (Organic Led), tiene un precio actual que se ha multiplicado por diez y su extracción supone un impacto ambiental muy grande. El lantano se utiliza para la fabricación de lámparas de bajo consumo. Con el praseodimio se crean aleaciones para motores en la industria aeronáutica. Algunas aleaciones de iterbio han sido utilizadas por los médicos estomatólogos. También resulta conocida la utilización del lutecio para la fabricación de dentaduras postizas. Igualmente el uso del escandio es importante en la fabricación de baterías alcalinas de níquel al alargar su vida útil, etc.

De todos estos minerales raros y otros varios, China es el proveedor de aproximadamente un 90% de los mismos (posee el 97% de las reservas mundiales) por lo que resulta evidente su posición privilegiada en el mercado productivo y la peligrosa dependencia de la UE de un país el cual no pertenece a la misma.

Mención especial precisa el coltán (abreviatura de columbita y tantalita) ya que el 75% de las reservas de este mineral se encuentran en el Congo y su precio por tonelada se encuentra alrededor de los 90.000 dólares, frente a los 100 dólares del carbón térmico o los 200 dólares del carbón metalúrgico para la misma cantidad. Su importancia actual para la UE queda patente ya que Alemania es uno de los seis países a nivel mundial que más procesan este material y se usa para la fabricación de ordenadores, gps, teléfonos móviles, satélites artificiales, misiles, plantas nucleares, armas teledirigidas, etc.

Resulta conocida “la guerra del coltán” en el Congo, o lo que se ha dado en llamar “los móviles de sangre”, por el origen de este mineral (en un país en pasado abierto conflicto bélico y en la actualidad en una situación de inestabilidad acuciada por la pobreza de la población) y su empleo en la industria mundial para la fabricación -entre otros productos-, de teléfonos móviles. Sin embargo no ha tenido tanta repercusión mediática la explotación ilegal de las minas de coltán en Colombia (país que posee el 5% de las reservas mundiales). Se tiene conocimiento de que en la zona limítrofe de Colombia con Brasil, los indígenas de la región están extrayendo el mineral y vendiéndolo a un precio irrisorio a bandas de contrabandistas (diez dólares el kilo) y a grupos armados ilegales (entre ellos las FARC). La Dirección de Carabineros de Colombia sabe igualmente que la ruta del coltán pasa a través de Brasil y los países de destino son cuatro de los mayores procesadores mundiales del mineral (Estados Unidos, Kazajistán, Bélgica y Alemania). Prueba de ello son los decomisos de coltán realizados hasta ahora -llegándose en algún caso a cantidades superiores a las diecisiete toneladas en una sola operación policial-, y la información que estos manejan según la cual el frente “Acacio Medina” de las FARC –una facción del frente 16- habría cambiado el negocio de la cocaína por el más productivo del coltán (ya que estiman que se extraen unas sesenta toneladas mensuales de dicho mineral desde hace al menos tres años).

Para acabar de complicar más las cosas -si cabe-, las autoridades policiales tuvieron conocimiento ya en el año 2010 de la presencia en la zona de la multinacional Disercom, de la que su segundo responsable resultó ser uno de los asociados al cartel de Sinaloa (Méjico), lo cual junto con la información intervenida por las unidades de inteligencia de la Policía colombiana, encontrada en dispositivos electrónicos de las FARC, evidenciaron el interés y alianzas de ambos grupos, para la explotación ilegal del coltán colombiano.

Si a eso le añadimos que las minas se encuentran en una zona de reserva natural e indígena, o que el negocio de la alimentación de los indígenas que extraen ilegalmente el coltán está controlado por comerciantes -que les pagan a su vez impuestos a la guerrilla-, o que los compradores de este coltán deben pagar también un impuesto de salida del mineral a la guerrilla, resulta más que evidente el interés económico de su extracción.

Es decir, a modo de de lo ya expuesto, todo apunta a que la UE está interesada en buscar los máximos beneficios posibles del grafeno (patentes para usos concretos), controlar su producción industrial (a bajo coste) y evitar el uso masivo de otros productos que ya se venían utilizando con indeseadas dependencias y problemas innecesarios que podrían complicar a medio y largo plazo su política económica, de seguridad y defensa.