El dióxido de carbono es un viejo conocido. Señalado como uno de los principales causantes de muchos de los problemas relacionados con el medioambiente y la sostenibilidad de nuestro planeta, cada vez se plantean más soluciones para su reducción o reutilización. Y este es solo un ejemplo de la multitud de desafíos que afrontan las industrias del sector químico y plástico. Economía 3 analiza las nuevas tecnologías aplicadas en este campo como la fotosíntesis artificial, la impresión 4D o la agricultura de precisión.

Perovskitas para la energía fotovoltaica

Este material sustituirá a las actuales células de silicio. Una de sus ventajas es que tiene una buena capacidad de absorción de la radiación solar con muy poco material, además de ser mucho más baratas y versátiles que el silicio. Por otra parte, otras investigaciones han combinado con éxito el grafeno con células solares de silicio y perovskita en tándem. Una combinación que podría dar lugar a la producción de paneles solares de gran superficie.

Fotosíntesis artificial

Se trata de una tecnología que dará respuesta a la descarbonización. La tecnología está inspirada en la imitación del proceso natural de las plantas. Es capaz de utilizar una fuente renovable e inagotable como lo es la luz solar para generar energía de una forma limpia a partir del agua y el CO2 sin liberar emisiones contaminantes.

De esta forma, se pueden transformar los procesos de producción para hacerlos más sostenibles. Contribuyendo a reducir las emisiones de CO2 y el uso de combustibles fósiles. Así se generan diferentes combustibles de alta densidad energética como hidrógeno líquido, gas natural (metano) o biocombustibles; y no requerir de grandes infraestructuras de instalación, por lo que es perfecta para llevar energía barata y accesible a cualquier lugar del planeta.

Además de constituir una fuente de energía, puede generar sustancias químicas orgánicas para fabricar medicinas, productos orgánicos o plásticos a partir de fuentes renovables y sostenibles como la luz solar y el agua en lugar de hidrocarburos fósiles.

Hidrógeno verde

El hidrógeno renovable, que relevará a los combustibles fósiles, no es una fuente de energía primaria o un combustible en sí mismo. Se trata de un vector energético, es decir, de un gas capaz de almacenar energía para después liberarla de manera controlada.

Se trata de un elemento esencial para descarbonizar sectores difíciles de electrificar como el transporte pesado o las industrias intensivas. Y se puede comprimir para transportarlo, además de licuarlo para almacenarlo a la espera de ser usado cuando las renovables no respondan a la demanda.

Se obtiene hidrógeno a partir del agua, descomponiendo la molécula H2O en hidrógeno y oxígeno. En este proceso se utiliza electricidad de fuentes renovables y no se generan emisiones contaminantes. También, a través de la pirólisis de metano, que divide el gas natural directamente en hidrógeno y carbono y no emite CO2.
Además de estas dos tecnologías químicas se pueden utilizar otras formas para producir esta energía como son la gasificación, la biomasa o la fotoelectrocatálisis.

Algunas de sus aplicaciones son, en uso industrial: fabricación de fertilizantes, amoniaco, acero, refino etc.; almacenamiento y generación de energía; uso doméstico y residencial, aplicándolo en calefacciones ya que se pueden aprovechar las redes de distribución del gas sin requerir de mayores inversiones, y en pilas de combustible a alta temperatura, para generar electricidad y agua caliente sanitaria sustituyendo al gas natural; y por último, el transporte será otra de sus grandes aplicaciones ya que se puede usar para fabricar combustibles, siendo una alternativa sostenible al diésel o la gasolina.

Ecocombustibles

Una nueva gama de carburantes líquidos producidos a partir de residuos o de CO2 capturado en refinerías o en instalaciones industriales que impulsa la circularidad y el reaprovechamiento de los recursos. Son necesarios para complementar la electrificación en todos los sectores en especial para el transporte pesado, marítimo y aéreo, donde existen menos alternativas tecnológicas.

En Economía 3, ya hablamos de las ventajas y retos de los ecocombustibles en automóviles.

Agricultura de Precisión o Smart Farms

¿Para qué sirve? Para mitigar las prácticas agrícolas actuales que para 2050 -año en el que la población mundial rondará los 10.000 millones de habitantes- podrían haberse degradado el 95 % de las tierras del mundo.

Su objetivo es aumentar el rendimiento de las cosechas reduciendo tiempos, costes, riesgos, trabajo e impacto ambiental. Es decir, ser más productivos y sostenibles; manteniendo el valor nutritivo de las cosechas.

EL funcionamiento se basa en colocar sensores inteligentes en los cultivos para recabar información sobre las condiciones meteorológicas, la calidad del suelo, la transpiración de las plantas o su ritmo de crecimiento. De esta forma, el agricultor conocerá las necesidades exactas de agua, fertilizantes y productos fitosanitarios para producir más alimentos con el menor impacto, espacio y cantidad de recursos posible.

Agrobots

¿Qué son? Máquinas sin conductor que sirven para fertilizar o arar el terreno con capacidad incluso para identificar las malas hierbas para matarlas con la dosis precisa de herbicida.

En definitiva, agricultura inteligente, robotización de los campos, cultivos más productivos, atmósferas protectoras, aditivos o incluso alimentos con propiedades nutricionales mejoradas… La química es un gran aliado para maximizar el rendimiento de los recursos, garantizar el acceso a una alimentación adecuada y combatir el desperdicio.

Impresión 3D o fabricación aditiva

Se trata de un procedimiento de fabricación que construye un objeto tridimensional a partir de un modelo digital en lugar de hacerlo a partir de un molde. Fabrica los objetos capa a capa, ahorrando material e imprimiendo diseños totalmente personalizados. Utiliza polímeros plásticos, que van pasando por una boquilla caliente y construyendo la forma elegida en finas capas horizontales.

Tiene aplicaciones desde el arte hasta la industria aeroespacial, la automoción, la medicina e incluso productos de consumo cotidiano. Cada aplicación es singular y conlleva una metodología de fabricación, materiales y equipo. En el ámbito de la medicina, la impresión 3D permite fabricar prótesis e implantes a medida hechos con materiales termoplásticos, resinas fotopolimerizables, nanomateriales y materiales cerámicos. Además de medicamentos orales, con dosis personalizadas y liberación programada. Igualmente, también se puede imprimir en 3D con materiales biológicos, químicos o células vivas.

También se puede aplicar a la industria de la moda abriendo el abanico a los tejidos inteligentes. Capaces de cambiar sus propiedades dependiendo del clima o de la actividad. En la carrera espacial, en la Estación Internacional, en futuros viajes a Marte o expediciones a lugares remotos, como la Antártida, es vital para poder imprimir en el acto cualquier repuesto o pieza que pueda hacer falta.

¿Y la impresión 4D?

Se trata de un material impreso en 3D que cambia de forma por sí mismo de una manera predeterminada por efecto de un factor externo como puede ser la temperatura, la luz, la vibración, un campo magnético, un campo eléctrico o la inmersión en agua. ¿Con qué materiales imprime? Polímeros con memoria de forma o SMP, que vuelven a su forma original después de haber sido transformados a diferentes formas; elastómeros de cristal líquido o LCE, que son polímeros con propiedades elásticas que contienen cristales líquidos sensibles al calor; o hidrogeles que se trata también de polímeros que se hinchan en agua sin disolverse.