Materiales metálicos para un planeta menos caliente

Los metales han sido de gran importancia para el desarrollo tecnológico de la humanidad. Se utilizan desde civilizaciones antiguas como la egipcia y la griega, sin embargo, fue durante la Revolución Industrial cuando algunos como el acero o el hierro permitieron el crecimiento del transporte, la construcción y la fabricación de automóviles.

En el Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM, el doctor Ignacio Alejandro Figueroa Vargas ha realizado destacadas contribuciones a la ciencia de los materiales, en particular en el área de la metalurgia no ferrosa con metales como el titanio, el aluminio, el magnesio y aleaciones de estos.

Los trabajos impulsados por el Laboratorio de Materiales Metálicos Avanzados, del cual forma parte, están enfocados en tres áreas fundamentales: captura de dióxido de carbono (CO₂), implantes biomédicos y los sectores automotriz y aeroespacial. Dichos proyectos han sido financiados por CONACyT, la Secretaría de Energía y el Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica de la UNAM.

Capturar CO₂

Más de la mitad de la energía que se genera en el país es por combustión, un proceso que genera emisiones de gases de efecto invernadero, como el bióxido de carbono (CO₂₎ y en consecuencia, el calentamiento del planeta.

El grupo de investigación del doctor Figueroa Vargas propuso crear un material capaz de capturar CO_2, para lo cual desarrolló espumas con base de magnesio, que son una especie de estructuras metálicas altamente porosas.

Dichas espumas pueden ser de entre 10, 15, 20 cm o hasta de un metro. Existen de dos tipos: poro abierto y poro cerrado, y pueden ser producidas por lo que se conoce en la ciencia de los metales como metalurgia de polvos y de procesos en estado líquido.

En nuestro país, dicho grupo de investigación se encuentra a la cabeza en la producción de este tipo de materiales, aunque no ha sido un logro fácil. Una de las dificultades para crear espumas de magnesio, es que este material es muy reactivo y se evapora con facilidad, además de que los procesos que existen para controlar la infiltración en su forma líquida y producir las espumas son sumamente complejos.

Para superar estas limitantes, los investigadores desarrollaron una tecnología para generar espumas de poro abierto con una porosidad de hasta 75% y un tamaño de poro que oscila entre 0.5 y 3 milímetros.

Figueroa Vargas explicó que la manera en que estas espumas capturan el bióxido de carbono consiste en que el magnesio pasa por un proceso de oxidación para formar óxido de magnesio, el cual al reaccionar con el CO₂ forma un carbonato que al ser muy frágil puede caerse con una pequeña vibración.

Este proceso se repite hasta que se consume por completo la espuma metálica que –de acuerdo con el investigador– debe tener una alta área superficial para que tenga mayor capacidad de captura.

“Estamos trabajando en conseguir altas áreas superficiales por esta metodología. No es sencillo, la viscosidad del metal en estado líquido tiene que se lo suficientemente baja para que ocupe los espacio vacíos que genera el material de sacrificio, de tal forma que se propicie la conectividad entre poro y poro. Con esto, cualquier flujo gaseoso podrá pasar a través de ellos. Es complejo a veces producir ese tipo de materiales por su misma naturaleza metálica, pero lo estamos logrando”.

Otras aplicaciones

Los miembros del Laboratorio de Materiales Metálicos Avanzados producen también espumas de titanio que podrían ser utilizadas como implantes biomédicos. Para este tipo de aplicaciones se requiere de espumas con superficies rugosas, ya que las células pueden proliferarse y llenar todas las cavidades de la espuma.

El titanio es ideal para esta clase de espumas, por su alta biocompatibilidad. En la actualidad, estos científicos solo están analizando la geometría del poro de la espuma, ya que si se quisiera implantar en hueso, tendrían que saber cómo afecta ésta en el crecimiento óseo.

“Con esta tecnología podríamos cubrir sectores de la industria automotriz, aeroespacial, hasta la biomédica o la odontológica, ya que se pueden diseñar implantes dentales y ortopédicos”.

Por otra parte, con aleaciones de metales como el aluminio y el magnesio tratan de aligerar estructuras para la parte automotriz, de la construcción o la arquitectura. El investigador comentó que en fachadas donde normalmente se utilizan metales, se puede colocar una espuma de este tipo y aligerar el peso. Una ventaja de este tipo de espumas es que retardan el fuego porque disipan fácilmente el calor.

Cabe destacar que existen estructuras que no requieren que el cuerpo esté completamente sólido, por lo que con espumas de este tipo de aleaciones, se puede reducir entre 50 y 60% del peso, lo cual sería suficiente para dar una adecuada resistencia mecánica de la estructura.

El Laboratorio de Materiales Metálicos Avanzados se encuentra a la vanguardia en cuanto a tecnología en nuestro país, ya que dispone de las técnicas para procesar y preparar los nuevos materiales. Ello le ha permitido generar cinco patentes que se encuentran en registro y numerosos artículos científicos actualmente en prensa.