¿Qué es el grafeno?: el material ''milagroso'' que podría usarse para producir agua potable

El material que podría usarse para producir agua potable. Foto Unsplash,

El grafeno es un material que se extrae del grafito y se compone de carbono puro, uno de los elementos más importantes en la naturaleza y que encontramos en objetos tan cotidianos como la mina de un lápiz. Se caracteriza por ser duro, flexible, ligero y con una alta resistencia. Se calcula que este material es 200 veces más resistente que el acero y unas 5 veces más ligero que el aluminio.

Según estimaciones de la ONU, dos mil millones de personas en todo el mundo luchan por acceder al agua potable. Foto: Unsplash.

Gracias a sus propiedades, el grafeno tiene aplicaciones en el sector energético, el de la construcción, la salud y la electrónica. Por ejemplo, el grafeno magnético podría transformar esta última industria, logrando que los dispositivos sean más cómodos y accesibles para todo el mundo.

La buena noticia es que ahora, investigadores de la Universidad Khalifa de los Emiratos Árabes Unidos (EAU) están explorando un nuevo uso del grafeno: producir agua potable.

El grafeno se encuentra en objetos tan cotidianos como la mina de un lápiz. Foto Unsplash.

"Aquí, en los Emiratos Árabes Unidos, toda el agua potable es desalinizada, por lo que se trata de un sector muy importante de la economía y la sociedad", explica Hassan Arafat, director del Centro de Investigación e Innovación en Grafeno y Materiales 2D (RIC2D) de la universidad.

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¿Qué es la desalinización?

La desalinización del agua o desalación del agua es el proceso de separación de sales de una disolución salobre (agua salobre o agua de mar) para convertirlas en agua adecuada para el consumo humano, uso industrial o agrícola. Es decir, es el procedimiento que hace el agua potable y es vital, ya que más de 300 millones de personas en todo el mundo dependen del agua desalinizada.

Ahora bien, como el cambio climático y la contaminación amenazan cada vez más las reservas de agua dulce, este proceso es muy importante y se utilizará cada vez más. El punto negativo es que la desalinización es costosa y consume mucha energía.

Advierten que hay una necesidad de reducir las emisiones mundiales en un 45%. Foto EFE.

Entonces, es ahí donde el grafeno entra con un rol fundamental y Arafat trabaja en una membrana mejorada con grafeno que podría hacer el proceso más eficaz y barato.

"Este año hemos sido testigos de un gran número de catástrofes debidas al cambio climático", explica Arafat. "La escasez de agua es un problema mundial, y cada día es peor. Saber que estamos contribuyendo a la solución de estos problemas es muy satisfactorio".

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Soluciones de desalinización

El RIC2D se creó en 2022 en la Universidad Khalifa, con inversión del Gobierno de Abu Dhabi, para profundizar en la investigación de las innovaciones del grafeno y su producción. 

Arafat afirma que el grafeno puede alargar la vida de una membrana, evitando el "ensuciamiento", que se produce cuando las bacterias se acumulan en el filtro y degradan su calidad. El uso del grafeno para "mejorar el rendimiento" de los filtros podría ayudar a reducir el consumo de energía y los costes de desalinización.

Las membranas, actualmente en fase de desarrollo, se fabricarán y ampliarán el año que viene en la Universidad de Manchester (Reino Unido), socia de RIC2D en la investigación del grafeno, explica Arafat. Después, las membranas se probarán en una planta desalinizadora.

El grafeno podría utilizarse para producir agua potable. Foto Unsplash.

También hay otras empresas como Watercycle Technologies que están desarrollando membranas mejoradas con grafeno para eliminar minerales específicos del agua, mientras que Molymem se centra en la eliminación de tintes. Pero Arafat afirma que la membrana de RIC2D "supera" a filtros de agua similares en la literatura académica reciente, y la asociación con la Universidad de Manchester les permite ampliar la tecnología para pruebas industriales.

RIC2D también está estudiando otras aplicaciones del grafeno, como materiales de construcción sostenibles con potencial para reducir las emisiones de dióxido de carbono y soluciones de energía renovable a base de hidrógeno.

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Cómo fabricar grafeno a partir de metano

Si bien tiene un potencial transformador, el grafeno es difícil y caro de producir a gran escala. Una de las formas de fabricarlo es extrayendo capas individuales del grafito, lo que limitó su impacto en soluciones para el mercado de masas. Sin embargo, los investigadores del RIC2D están buscando formas de reducir costos y tiempo "sin comprometer la calidad", afirma Arafat.

Otro método de producción utiliza la química del plasma para extraer carbono de gases como el metano -un gas de efecto invernadero compuesto por carbono e hidrógeno-, que son subproductos de la industria del petróleo y el gas.

Los EAU son uno de los principales productores de petróleo. Foto Unsplash.

Los EAU son uno de los principales productores de petróleo del mundo y cerca del 30% de su PIB procede de los hidrocarburos. No obstante, los EAU están deseosos de diversificar su economía y aspiran a conseguir cero emisiones en 2050.

Ahora bien, este material podría ser fundamental para cumplir con estos objetivos. Aprovechando la cadena de suministro de los EAU, existe una "gran oportunidad de acelerar la adopción del grafeno en apoyo del cambio climático", afirma James Baker, director general de Graphene Manchester, el centro de innovación del grafeno de la Universidad de Manchester.

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Cualquier material basado en el carbono podría "reciclarse o reutilizarse eficazmente" para crear grafeno fabricado químicamente, afirma Baker. "Hay mucho interés en los Emiratos Árabes Unidos por la cadena de suministro de la producción de grafeno, y estamos trabajando para aumentar realmente la producción de este material de gramos a kilogramos y a toneladas".

Científicos logran transformar el dióxido de carbono en productos aprovechables y limpios. Foto: Unsplash

La producción de grafeno a partir de un gas como el metano tiene una ventaja añadida: el hidrógeno extraído puede utilizarse como combustible, afirma Baker. Añade que los materiales compuestos de grafeno también podrían utilizarse para almacenar hidrógeno en recipientes a presión más resistentes.

"No solo estás descarbonizando los residuos, sino que los estás utilizando, en lugar de llevarlos a un vertedero o quemarlos en él", añade Baker.