Antes de salvar el mundo con nanotubos de carbono, ¿sabemos si son reciclables?

Anastasiia Mikhalchan.

IMDEA Materiales. 
Investigadora Asociada Senior de Compuestos nanoestructurados. 

Hasta donde sabemos, no ha habido ningún intento de explotar el reciclaje de materiales de nanotubos de carbono a gran escala. ¿Y si llenamos el mundo de estos materiales y acaban siendo el gran problema del nuevo siglo?

Pueden reemplazar materiales intensivos en CO2, como el cobre, el acero y el aluminio en las industrias de construcción, aeroespacial, automotriz y otras. Son la apuesta global para una transición energética en marcha.

Los nanotubos de carbono, filamentos 2.000 veces más finos que un cabello, ya se utilizan en las baterías adecuadas para dispositivos electrónicos portátiles, y cada vez en más compuestos estructurales, cables eléctricos y sensores en textiles inteligentes y tecnología ponible. Pero ¿pueden reciclarse? ¿Y si llenamos el mundo de nanotubos de carbono y acaban siendo el gran problema del nuevo siglo?

Actualmente, la capacidad mundial de producción de nanotubos de carbono (CNT) está en el orden de los 10 kt/año, una tasa que aumenta aproximadamente un 30% anualmente. Y esto podría acelerarse a escala de megatoneladas si los esfuerzos de iniciativas como Carbon Hub tienen éxito y los nanocarbonos comienzan a estar disponibles como coproductos del hidrógeno turquesa. Incluso se espera de ellos que sirvan para desplazar a los metales.

Sin embargo, hasta donde sabemos, no ha habido ningún intento de explotar el reciclaje de materiales de nanotubos de carbono (CNT) a macroescala a partir de sus compuestos. ¿Son útiles después de su uso? ¿Merece la pena empezar ya a investigar el proceso de reutilización de los nanotubos de carbono?

¿Reciclables?

Desde el Instituto IMDEA Materiales acabamos de publicar en la revista Carbon un trabajo innovador que demuestra, por primera vez, la capacidad de reciclar láminas de nanotubos de carbono (CNT) de alto rendimiento preservando su forma, alineación estructural, propiedades mecánicas y eléctricas y su flexibilidad intrínseca.

Los macromateriales del futuro son un sustituto novedoso de los polvos comúnmente conocidos como CNT individuales. En IMDEA Materiales desarrollamos fibras, hilos y tejidos únicos hechos de miles de millones de CNT interconectados que forman redes a nanoescala. Son flexibles, ligeros, resistentes y conductores de electricidad y calor, y pueden utilizarse en muchas aplicaciones de ingeniería.

Estas fibras y láminas de CNT poseen una alta resistencia estructural y flexibilidad, así como propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas elevadas. Esto permite su uso en el refuerzo estructural en laminados compuestos, así como en sensores de deformación/estrés imprimibles, conductores eléctricos y ánodos de baterías flexibles, entre otras aplicaciones. Estas propiedades son las que los hacen tan versátiles.

Nuestro objetivo era comprobar hasta qué punto sus propiedades se mantienen intactas después de someterlas a un proceso de reciclado.

Tratamiento térmico

Sometimos láminas de distinta densidad (incluidas las comerciales) a un proceso de tratamiento térmico de dos pasos.

Las láminas de CNT recicladas demostraron una retención casi total de las propiedades mecánicas y eléctricas. Esto demuestra que los materiales de alto rendimiento hechos de nanotubos de carbono son reciclables y pueden ser reutilizados en la misma aplicación como refuerzo estructural o conductores eléctricos y ánodos de baterías flexibles, entre otras aplicaciones.

Como un Lego

Las láminas recicladas podrían volver a su estado inicial, como bloques de construcción. Los CNT pueden disolverse y convertirse en soluciones cristalinas líquidas, que luego podrían ser rehilados en una nueva fibra de alta calidad.

Sería como descomponer un modelo Lego en sus ladrillos individuales, y luego reconstruir el modelo original con la misma forma, robustez y calidad.

Esto no es posible con las fibras de carbono convencionales porque su estructura está formada por cristalitos que se fusionan, por lo que no pueden ser descompuestas en cristalitos individuales y volver a grafitizarse en un filamento de fibra continuo.

En cambio, los nanotubos de carbono son capaces de disolverse y pueden ser rehilados en una fibra, algo que ya se hace a escala comercial.

Reutilizar los nuevos materiales permitirá que no volvamos a cometer los mismos errores del pasado. ¿Empezamos?

Fuente:
The Conversation