Mercados

A la vanguardia en investigación y fabricación de grafeno

Sede del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) en Castelldefels (Barcelona). Allí 250 investigadores y estudiantes de doctorado trabajan en 60 laboratorios en aplicaciones de la luz en salud, en las ciencias de la vida, la nanomedicina, energías renovables, tecnologías de la información… Y allí, a principios de este año, y al más puro estilo Arquímedes, todos ellos no dudaron en gritar ¡eureka! al demostrar que el grafeno convierte la luz en electricidad con gran eficiencia. “En la mayoría de los materiales, un fotón absorbido genera un solo electrón. Pero en el caso del grafeno, un fotón absorbido es capaz de producir muchos electrones excitados [que pueden conducir corriente eléctrica] y, por tanto, una señal eléctrica mayor”, explica Frank Koppens, líder del grupo de investigadores que lograron el descubrimiento en el ICFO. Toda una revolución en el campo de la energía fotovoltaica. ¿Por qué? Porque estamos hablando de una importante alternativa a la actual tecnología de energía solar basada en semiconductores convencionales como el silicio. “Nuestro próximo reto será encontrar formas para extraer la corriente eléctrica y mejorar la absorción del grafeno. Entonces seremos capaces de diseñar dispositivos de grafeno que detecten la luz de manera más eficaz, dando paso a células solares más eficientes”, argumenta Koppens.

¿Es la innovadora investigación en el ICFO respecto al grafeno una aguja en un pajar? Ni mucho menos. El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), el Instituto Catalán de Nanotecnología (ICN), la Universidad de Castilla-La Mancha, la Universidad de Oviedo o el Instituto del Carbón, entre otros muchos, han colocado a España a la vanguardia en investigación en lo que muchos no dudan en considerar el material del futuro. Instituciones que están desarrollando aplicaciones que, muchas de ellas, inciden en algunos de los retos propuestos en la Estrategia Española de Ciencia, Tecnología y de Innovación del Ministerio de Economía y Competitividad.

España está entre los cinco primeros países de Europa en cuanto a investigación de este material”, afirma Francisco Guinea, investigador del CSIC y uno de los mayores expertos mundiales de este material. En concreto, y junto a colegas estadounidenses de la Universidad de Stanford, Guinea ha conseguido desarrollar un material que “permite manipular las propiedades más exóticas del grafeno con gran precisión”. El mismo se conoce con el nombre de grafeno artificial y ha visto la luz al colocar y mover moléculas de óxido de carbono sobre una superficie de cobre. Sus propiedades se asemejan a las del grafito, origen del grafeno, que se encuentra en las minas de carbón, y que se usa para fabricar lápices, frenos de coches o aceros. El inconveniente del artificial es que, de momento, su producción es más cara que la del natural.

 

Universos de aplicaciones. Descubierto en 2004 por Andre Geim y Konstantin Novoselov (que recibieron el Premio Nóbel de Física en 2010), el grafeno está compuesto por una sola capa fina de átomos de carbono dispuestos de forma hexagonal, es decir, en forma de panal de abejas. Además es ultra delgado, transparente y extremadamente flexible lo que le convierte en el material más fuerte del mundo con una resistencia 200 veces superior al acero. Atractivas características a las que hay que añadir su alta conductividad térmica y eléctrica, el hecho de que puede reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes propiedades, o que consume menos electricidad que el silicio para una misma tarea.

Graphene_tape

Poderosos encantos a los que están sucumbiendo campos como la electrónica, la medicina, la aeronáutica o la automoción. ¿Cómo? En forma de baterías de alta densidad energética, pantallas táctiles, iluminación, células solares y eléctricas… También sirve para fabricar biosensores y detectar ADN, o en envoltorios bactericidas para medicinas o alimentos. Se trata solo de una pequeña muestra de las múltiples propiedades de este material capaz de revolucionar varios mercados. “Puede sustituir muchos materiales. Por ejemplo, en un coche, puede formar parte de diferentes piezas, así como en la electrónica de consumo”, destaca Julio Gómez, director de Avanzare.

Esta empresa riojana es uno de los principales actores que han convertido a España en una de las locomotoras del mercado global de producción de grafeno. Tal es su desarrollo, que cada seis meses aumenta su capacidad de producción un 60%. En su caso, y a diferencia de otras firmas, no trabaja con laboratorios, solo con industrias, y exporta a 32 países. Su facturación es de tres millones de euros, mientras que las ventas de su principal competidor, la firma estadounidense XG Sciences, no llega a los 200.000 euros.

Otro caso es el de Graphenea, fundada como startup en 2009 y que dos años después empezó a tener los primeros clientes. “Cuando empezamos fue una apuesta arriesgada porque nadie tenía clara la tecnología”, afirma Jesús de la Fuente, su fundador. ¿El primer grande que llamó a su puerta? Nokia. Luego siguieron Nissan, Philips, Canon… “La verdad es que no sabemos muy bien qué es lo que hacen con el grafeno que les vendemos ya que este tipo de empresas son muy celosas con sus desarrollos”, indica su fundador.

En la actualidad, la capacidad de producción de esta firma vasca es de 50.000 metros cúbicos al año de grafeno en lámina, suficiente para la demanda de investigación, pero no para la de uso industrial. En 2012 ya consiguió una facturación de 130.000 euros, y para 2013 esperan casi triplicar dicha cantidad (su previsión de ventas llega hasta los 350.000 euros).Sus principales mercados son Estados Unidos, Japón, Corea y la Unión Europea.

Como puede apreciarse, se trata de un mercado todavía pequeño aunque, eso sí, en clara expansión. A nivel mundial solo se mueven nueve millones de dólares. Pero según un estudio de New Market Research se espera que alcance un volumen de 100 millones de dólares en los próximos cinco años. “Es una carrera que acaba de empezar en la que estamos en la pole position”, sostiene el fundador de Graphenea.

Pero, ¿dónde está la clave para que acabe cogiendo velocidad de crucero? En el precio, actualmente poco competitivo frente a materiales clásicos como el silicio. “Nosotros tenemos una tecnología no excesivamente cara para la calidad que ofrecemos”, puntualiza Julio Gómez, director de Avanzare.

Un obstáculo que tampoco parece ser tal para Graphenano, la firma alicantina fundada en 2011, y que ya cuenta con fábrica en Turquía y una oficina en Alemania. “Hemos desarrollado un sistema de fabricación que nos permite hacer kilómetros de láminas de grafeno, algo que no puede desarrollar nadie en el mundo. Por eso, cuando les explicamos a los clientes nuestra capacidad de producción y los precios no nos creen”, asegura José Antonio Martínez, su vicepresidente.

Entre su gama de productos destaca el cable de cobre recubierto con grafeno. “Se consigue un cable hasta 50 veces más conductor, transferencias de energía sin pérdida, velocidades en transmisión de datos 1.000 veces más rápidas que la fibra óptica y trasmisiones por frecuencias de hasta un 60% de mejora”, destaca su vicepresidente.

Si se supera el escollo del precio, todavía quedaría una carrera que, cuanto menos, se antoja larga y dura al más puro estilo rally París-Dakar. La razón es que pasar de la fase de laboratorio a los productos es un camino que no es nada sencillo ya que se trata de rediseñar todo un producto. Y ese es un proceso muy costoso. Además, a la industria le cuesta un mundo dar paso a un nuevo material. Ya pasó con el silicio, que tardó dos décadas en alcanzar los laureles del triunfo. O la fibra de carbono, descubierta a finales de los años 50 y cuyo porcentaje en los aviones, por ejemplo, no dejó de ser residual hasta medio siglo después.

De momento, empresas como IBM, Samsung, Intel o Nokia ya disponen de programas de grafeno bastantes potentes. Y en la línea de salida también hay mucha startup. Porque, en muchas ocasiones, los gigantes de determinados sectores prefieren que sean las pequeñas las que desarrollen el mercado para ellas posicionarse en el mismo más tarde. “Si las grandes apostaran definitivamente por él, sería un gran impulso”, reconoce el fundador de Graphenea. ¿Se atreverán? ¿Para cuándo?