Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

junio 04, 2011

Los aerogeles: maravillas del casi nada

Aerogelbrick
Un bloque de aerogel con aspecto de humo
sostiene un ladrillo.
(Foto D.P. cortesía de NASA/JPL-Caltech
vía Wikimedia Commons)
Una sustancia formada principalmente por espacio vacío promete asombrosos avances tecnológicos para los próximos años.

Les llaman “materiales del futuro”, y al contemplarlos es imposible no sentir asombro. Se trata de una amplia clase de materiales porosos Y sólidos que se caracterizan por tener una densidad extremadamente baja. ¿Qué tan baja? Un cubo de 1 metro por lado del menos denso de los aerogeles pesaría apenas 1,1 kg… más o menos lo que pesa 1 litro de leche.

Es casi nada.

De hecho, los distintos aerogeles que hay están formados por entre 95 y 99,8% de nada, ocupada en la Tierra por aire. La materia sólida restante del aerogel es una estructura sólida cruzada por poros de unas pocas milmillonésimas de metro (nanómetros) de diámetro. “Aerogel” es el nombre no de una sustancia, sino de la estructura, que puede estar hecha de numerosos materiales, desde el sílice, el más antiguo, hasta óxidos metálicos, materiales orgánicos, carbono y otros compuestos, hasta llegar a recientes formas de aerogel hecho con tubos de escala nanométrica.

Es una sustancia sólida pese a que su nombre se refiere al “gel”, estructura que conocemos húmeda, como una red tridimensional que atrapa a un líquido mediante enlaces físicos o químicos, creando un peculiar sólido que usamos en productos como jabones y shampoos de higiene personal. El aerogel es precisamente esa estructura, pero donde el líquido ha sido sustituido por aire dejando intacta la estructura, un entramado verdaderamente etéreo. Tanto que al ver un cubo de aerogel de sílice, apenas percibimos algo parecido a humo congelado, un tenue material que no parece totalmente sólido, un misterio lleno de promesas para el futuro que parece provenir del futuro mismo.

Pero, viene del pasado, de la primera mitad del siglo XX, de hecho.

En 1931, un joven químico nacido en California en 1900, Samuel Stephens Kistler, publicaba en la revista ‘Nature’ un artículo con el nombre de “Aerogeles y jaleas expandidos coherentes”. La sustancia que presentaba era resultado de un procedimiento que eliminaba el líquido de un gel de sílice (el elemento que forma el vidrio) sin que se encogiese. En palabras del artículo original, al eliminar el líquido (un alcohol) controlando la presión y la temperatura, “La jalea no tenía forma de ‘saber’ que el líquido en su entramado se ha convertido en gas. Lo que queda es permitir que el gas escape y queda atrás un aerogel coherente de volumen inalterado”.

Pensemos en una gran porción de gelatina preparada a partir del poco de polvo que tiene un paquete y que es el único material sólido que contiene. Todo el resto de la porción de gelatina es agua atrapada en la estructura del gel. Si quitamos toda el agua sin que la gelatina se colapse y tendremos una estructura sólida hecha con ese polvo pero que ocupa toda la gran porción de gelatina, y que pesa lo mismo que el polvo en ese gran espacio.

La industria se interesó por la novedad y Kistler fue contratado por una compañía química para utilizar su patente en la creación de aerogeles para ser utilizados como aislantes térmicos y espesantes de cosméticos y otros productos, nada muy glamouroso. Sin embargo, el proceso de producción del aerogel era lento, costoso y no muy fiable, lo que hacía poco viable su comercialización. El material fue marginado y Kistler volvió a la enseñanza universitaria de la química.

En la década de 1970, el interés por los aerogeles renació en Francia con la idea de usarlo para almacenar los combustibles líquidos que se utilizan en los cohetes espaciales. En los 20 años siguientes los procedimientos para producir aerogeles se perfeccionaron, se multiplicaron los tipos de aerogel y se empezaron a comercializar de nuevo como aislamiento térmico.

Pero servía para mucho más.

A principios de la década de 1980, los científicos del CERN, el centro de física de partículas de la Unión Europea empezaron a utilizar aerogeles en sus detectores de partículas subatómicas, y los siguen usando en uno de los detectores del mundialmente famoso colisionador LHC. El desarrollo de aerogeles de carbono a principios de la década de 1990, además, en los que se podía controlar la conductividad eléctrica, llevó a la creación de “supercapacitores” de aerogel capaces de alamcenar energía en forma de carga eléctrica de modo que sustituyen a las baterías eléctricas en algunas aplicaciones.

Además, los aerogeles de carbono dispersan y absorben la luz en su interior tan eficazmente que son extremadamente negros, y por ello son ideales para varias formas de colectores de energía solar.

Pero el mundo fuera de la industria y la academia relativamente especializados sigue sin hacerse consciente de esos materiales, salvo como una curiosidad de laboratorio.

Las aplicaciones de los aerogeles se van multiplicando con el tiempo, así como sus potenciales usos y sus promesas, al grado de que hoy se utilizan para hacer ventanas que ayudan a que los edificios hagan un uso eficiente de la energía; algunas formas pueden usarse para recuperar del agua contaminantes como el plomo y el mercurio del agua, mientras que otras resisten golpes y explosiones de gran potencia. Se le está utiizando en compuestos de bajo peso para cosas como raquetas de tenis o palos de golf, y para capturar gases de desecho antes de emitirlos a la atmósfera, en el aislamiento de sonido, en materiales ignífugos para empaquetado, para fabricar crisoles usados en investigaciones sobre microgravedad, como componentes de sensores ópticos e incluso para la liberación controlada de medicamentos y sustancias diversas.

Como aislamiento térmico, los aerogeles están cada vez más presentes. Desde misiones como la Mars Pathfinder de 1997 y los robots Spirit y Opportunity que actualmente recorren la superficie marciana con sus generadores atómicos aislados con aerogel hasta aislando equipo vital en el transbordador espacial… pero también en variedades flexibles como telas no tejidas que usan los escaladores en desafíos como los de los Himalayas y que pueden ser mañana materiales clave para la indumentaria de los hipotéticos viajeros humanos a Marte.

Y, en la búsqueda de energías más limpias, sostenibles y renovables, algunos aerogeles de platino parecen acelerar la producción de hidrógeno, que muchos esperan que sea uno de los combustibles que sustituyan las opciones más sucias y dañinas que hoy usamos.

Atrapar polvo de estrellas

En febrero de 1999 se lanzó al espacio la sonda cometaria Stardust para interceptar al cometa Wild 2 y capturar polvo de su cometa, así como recoger polvo del espacio interplanetario. El recolector de partículas, de aerogel en un soprte de aluminio se envió de vuelta a la Tierra en 2006 con una importante muestra del universo. Toda una hazaña para algo que es básicamente nada.