‘Autor: J.Y. Pastor’

DIA MUNDIAL DE LOS MATERIALES: 7 de noviembre de 2018

La importancia de los materiales en nuestra sociedad y desarrollo científico y cultural es mucho mayor de lo que pudiera parecer a primera vista. Nuestra evolución como especie está condicionada, en mayor o menor grado, por los materiales de los que hemos dispuesto en cada momento histórico.

Cualquier aspecto de nuestra vida, transporte, vivienda, vestimenta, comunicación, ocio, alimentación, salud… debe mucho a los materiales disponibles. Durante los últimos doscientos años unos dos centenares de miles de materiales, con características tan especiales, que han sido capaces de cambiar completamente la sociedad. Gracias a ellos aconteció la revolución industrial, y se pasó de un régimen feudal de semiesclavitud al nuevo orden de libertades, promovido por las revoluciones americana y francesa, y que dio lugar al sistema económico del capitalismo actual.

Gracias a los Materiales, nuestra Sociedad se ha hecho cada vez más compleja, tecnológica, segura y refinada. Nuestro modus vivendi actual no sería posible sin los nuevos metales, plásticos, vidrios, cerámicos, biomateriales, fibras materiales electrónicos, compuestos… que han surgido en los últimos cinco decenios.

El progreso de todas las tecnologías, que aumentan el bienestar de nuestra existencia y han permitido que la esperanza de vida en un siglo pase de los 35 años a más de ochenta, va asociado a la disponibilidad de los nuevos materiales diseñados, sintetizados y caracterizados por científicos y tecnólogos en un esfuerzo de transversalidad de conocimiento sin precedentes.

El avance en la comprensión de cada material es el precursor del progreso de una tecnología, y frecuentemente las ideas científicas y tecnológicas más rompedoras no se materializan hasta encontrar los Materiales adecuados. Algunos ejemplos son: la fabricación de motores de combustión interna gracias a los nuevos aceros, los aviones gracias al aluminio y los materiales compuestos, las modernas técnicas de diagnóstico médico y de aplicación de fármacos, los materiales semiconductores que permiten toda la electrónica…

Por todo esto, y mucho más, en 2003 se decidió declarar el primer miércoles de noviembre como el Día Mundial de los Materiales, y así poner de manifiesto la importancia de los Materiales en nuestra vida diaria y reconocer el esfuerzo colectivo en su desarrollo a lo largo de generaciones.

El próximo 7 de noviembre de 2018, de 10 a 14 h. en la Sala Verde de la ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puerto (UPM), la Sociedad Española de Materiales (Sociemat) organiza, en colaboración con la Universidad Politécnica de Madrid, toda una jornada de actos de celebración del Día Mundial de los Materiales que en España.

Más información e inscripciones en http://eventos.upm.es/go/SOCIEMAT2018
Retransmisión en directo a través de http://audiovisuales.upm.es/directo/

Jose Ygnacio Pastor
Catedrático de Universidad en Ciencia de Materiales
Universidad Politécnica de Madrid

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Materiales para salvar el mundo

Por José Ygnacio Pastor, Dr. en Ciencias Físicas (Catedrático de Universidad, Departamento de Ciencia de Materiales, Universidad Politécnica de Madrid)

Si de alguna forma podemos definir al homo sapiens sapiens, en contraposición al resto de especies autoconscientes del planeta Tierra, es como un frenético devorador de energía. Según las previsiones de la Agencia Internacional de la Energía, de seguir el aumento de población y de consumo energético al ritmo actual, la demanda mundial se multiplicará en un factor entre tres y cinco de aquí a final de siglo. Pero la cantidad de energía disponible, manteniendo el equilibrio ecológico de esta isla de vida que vaga por el universo que es nuestro planeta, es en estos momentos limitada.

Actualmente, en los procesos de transformación de los combustibles en energía los rendimientos siguen siendo muy limitados, y en los mejores casos apenas alcanzan el 50%, pero lo habitual es estar muy lejos de estos valores. Lo peor de todo es que las tozudas leyes de la termodinámica nos limitan que podamos llegar mucho más allá de lo conseguido.

Sólo en los últimos decenios se ha vuelto la vista hacia las energía renovables (solar, eólica e hidráulica, aunque estas dos últimas con mayor o menor intensidad ya se explotaban desde hace mucho tiempo) como opciones alternativas pero aún estamos muy lejos de obtener altos rendimientos a bajos precios.
Por otra parte no tenemos derecho a restringir el desarrollo de los más desfavorecidos, aunque esto tampoco tiene que implicar que en los países desarrollados tengamos que retroceder en nuestra calidad de vida. Además, debemos conseguir el control del calentamiento global terrestre de origen antropogénico. ¿Cómo resolver este dilema?

El reto que tenemos por delante es enorme, y nos va la vida en ello. En este contexto, resulta imprescindible que Materiales y Energía colaboren. Para responder a estas necesidades tenemos varias opciones:

* Utilizar el carbón en forma licuada. El carbón es barato y hay reservas para varios siglos pero el incremento de contaminación que esto implicaría sería inasumible con la tecnología actual. Una respuesta sería encontrar materiales y tecnologías que permitieran la captura y almacenamiento de CO2 de forma segura, barata e indefinida.

* Apostar por las energías renovables. El desarrollo de biocombustibles parece una alternativa, pero en el computo global de emisiones de CO2 siempre el saldo es positivo y la cantidad de tierras de cultivo inmensas. Esto además puede llevar aparejado el encarecimiento, interesado a veces, de los alimentos de primera necesidad. La energía solar fotovoltaica hoy por hoy es una apuesta más estética que real, ya que el precio de la energía generada resulta muy elevado y las instalaciones tardan unos veinte años en amortizarse. Necesitamos materiales baratos para mejorar la eficiencia energética de las células solares. La energía eólica y la termo-solar pueden ser una interesante alternativa pero presentan un problema básico: su aleatoriedad. Es necesario tener centrales de generación alternativas para cuando estas no funcionan, y sistemas de almacenamiento para cuando producen energía en exceso. Esto último requiere el desarrollo de materiales y tecnologías que lo permitan de forma eficiente y barata.

* La energía nuclear, que no está de moda y a todos nos asusta. Las nuevas tecnologías de procesamiento de materiales están empezando a dar respuesta al reprocesamiento de residuos de alta actividad. Adicionalmente, si en algún momento fuera posible el desarrollo de centrales que usen torio como combustible, tendríamos resueltos simultáneamente varios problemas: los residuos de las centrales actuales, la posibilidad de su uso para la proliferación armamentística y las limitaciones de la disponibilidad de uranio, con el torio tendríamos combustible para más de un milenio. Finalmente las centrales de fusión (el combustible en este caso son isótopos de hidrógeno presentes en el agua de mar de forma prácticamente inagotable) se llevan presentando como la respuesta definitiva a nuestros problemas energéticos desde hace cincuenta años. Lamentablemente, todavía estamos lejos de poder dar una fecha de cuándo será posible tener un reactor de estas características pues los problemas, principalmente con los requerimientos de los materiales involucrados, son tan brutales que nos faltan decenios de investigación.

* Ahorrar energía. Posiblemente esta sea la única alternativa plausible y viable que tengamos en estos momentos. La cantidad de energía que desperdiciamos y desperdigamos a nuestro alrededor es enorme. Probablemente más del 80% de la energía contenida en nuestros combustibles se despilfarra. Sólo con conseguir un ahorro del 2% anual en 30 años conseguiríamos tener energía para todos. Si este ahorro además va acompañado de un desarrollo humano mucho más homogéneo en todo el mundo sería posible que la población mundial se estabilizara en torno a los 11.000 millones de humanos. ¿Pero cómo conseguir este ahorro sostenido de energía? Unos pocos materiales pueden tener las respuestas:

- Materiales superconductores de alta temperatura crítica. Buena parte de la energía eléctrica se pierde en su transporte y en la conversión de energía eléctrica a mecánica. Con estos materiales, si finalmente pudieran funcionar a temperatura ambiente, sería posible el transporte de energía sin pérdidas, el movimiento de vehículos con la décima parte de la energía actual, y el funcionamiento de los motores de una manera mucho más eficiente y silenciosa. Además permitiría un almacenamiento sencillo e instantáneo de la energía. Los problemas a resolver para conseguirlo parecen hoy por hoy insalvables, pero hace sólo 30 años era inimaginable que pudieran existir estos materiales.

- Materiales para altas temperaturas. Cuanto mayor sea la temperatura de las centrales térmicas de producción de energía mayor será el rendimiento de la misma y más energía será posible extraer del combustible. En la actualidad prácticamente todas las centrales de producción de energía son centrales térmicas, desde las de carbón a las termosolares pasando por las nucleares. Sólo subir 100 o 200 ºC su temperatura de trabajo permitiría rendimientos mucho mayores, y en esto de nuevo los materiales tienen la respuesta.

- Materiales de efecto térmoelectrico. En todo proceso de combustión tenemos siempre un calor residual que se pierde. Por ejemplo a través del tubo de escape de nuestros coches o por la rodadura de los neumáticos en la carretera. El desarrollo de nuevos materiales de efecto termoeléctrico está abriendo recuperar parte de este calor residual en forma de energía eléctrica.

- Materiales para el aislamiento térmico y la iluminación. En estos momentos disponemos de tecnologías y materiales para hacer edificios y ciudades autosostenibles, donde el calor generado o recibido del exterior se puede utilizar para generar energía y así reducir el impacto ecológico de la construcción.

Como se ha mostrado el factor clave para responder a este reto es el desarrollo de nuevos materiales y tecnologías. Los “Materiales para la Energía” descritos son sólo algunas de las opciones que tenemos a nuestro alcance, pero su mejor conocimiento puede ayudarnos a salvar el mundo.

Fuente:
- “Devoradores de energía”, J.Y. Pastor, www.upm.es, 2012

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