Nuevos materiales favorecerán la fabricación de coches biodegradables

Una combinación de resinas sintéticas y fibras naturales constituirá el fuselaje de los vehículos

Un equipo de investigadores de la Universidad de Sheffield, en el Reino Unido, está desarrollando materiales que, en un futuro, servirán para fabricar coches biodegradables. La combinación de resinas sintéticas y fibras naturales de palma aceitera, permitirá crear materiales resistentes al agua, fuertes y rígidos, que podrán emplearse para la fabricación del fuselaje de los vehículos. Tras un tiempo de vida estos materiales, simplemente, se biodegradarán. Los investigadores esperan culminar el proyecto en tres años.Un equipo de investigadores de la Universidad de Sheffield, en el Reino Unido, está desarrollando materiales que, en un futuro, servirán para fabricar coches biodegradables.

Según publica la revista theEngineer, concretamente los científicos están trabajando con fibras de palma aceitera o palma de aceite para diseñar una sustancia que permita fabricar paneles de fuselaje que se descompongan y que sean, en parte, reciclables.

En un futuro, dichos paneles podrían llegar a biodegradarse completamente, afirman los investigadores.

El equipo de la Universidad de Sheffield trabaja para conseguir combinar las fibras naturales antes mencionadas, actualmente utilizadas en la construcción para prevenir la erosión de suelos, con resinas sintéticas, para crear una sustancia resistente al agua, fuerte y rígida.

Las resinas sintéticas son materiales con propiedades similares a las de las resinas naturales, esto es, son líquidos viscosos que pueden endurecerse.

Según declara en theEngineer una de las autoras de la investigación, la especialista en mecánica de materiales compuestos del Sheffield Polymer Centre, Elaheh Ghassemieh, la principal dificultad técnica que actualmente presenta el proyecto es que las fibras naturales no se adaptan bien a los sistemas sintéticos con los que se está trabajando.

Ghassemieh señala que, por ello, habrá que desarrollar algún tipo de adhesión mecánica o química que permita su unificación.

Al mismo tiempo, las fibras naturales casan bien con la humedad y, por absorción de ésta, cambian inmensamente sus propiedades. Como consecuencia, pueden dar lugar a un compuesto con una fuerza muy reducida, explica la investigadora.

Disponible en tres años

El futuro material será diseñado de tal manera que la resina sintética que lleve incorporada pueda ser sustraída de él y reciclada, dejando sola la fibra para que ésta se degrade, a una temperatura relativamente baja.

Ghassemieh cree que dicho material necesitaría tener una vida útil de al menos ocho años, para que pueda ser utilizado por los fabricantes de coches.

El equipo de investigadores espera tener lista una muestra completa de este material parcialmente reciclable en tres años, para después pasar a crear otra versión del mismo, en este caso completamente degradable, usando resinas naturales para la fabricación.

El desafío de este material futuro, siguiente paso del proyecto, radicará en que las resinas naturales con las que se cuenta por ahora no presentan todas las propiedades que se necesitarían.

Presión europea

El interés por la fabricación de coches sostenibles ha ido aumentando en las últimas décadas, especialmente a partir de la aparición en 2000 de la Directiva de la Unión Europea, relativa a los vehículos al final de su vida útil.

Esta Directiva pretende disminuir la cantidad de residuos procedentes de vehículos, por lo que ha animado a los fabricantes o importadores de vehículos a Europa a que reduzcan el uso de sustancias peligrosas en sus vehículos nuevos, a diseñar y construir vehículos que faciliten la reutilización y el reciclado, y al uso de materiales reciclados en la fabricación de los coches.

A pesar de dicho interés y de la presión ejercida por la Directiva, “los fabricantes de coches son uno de los grupos más resistentes a los cambios en lo que a nuevos materiales se refiere”, afirma Ghassemieh.

Implantar su uso en la industria automovilística resultará, por tanto, una tarea ardua. La investigadora planea, aún así, presentar el material a los fabricantes de automóviles, una vez que el proyecto se encuentre en un estadio más avanzado.

Ghassemieh espera que, a medida que las regulaciones sean cada vez más exigentes, los fabricantes se vean obligados a modificar sus estrategias de fabricación.

Otros esfuerzos

Anteriormente, hemos sabido de otros esfuerzos por hacer coches con materiales biodegradables. Por ejemplo, en 2008, Kerry Kirwien, ingeniero de la Universidad de Warwick, en el Reino Unido, daba a conocer el primer coche de carreras fabricado con plásticos biodegradables y propulsado por bioetanol.

Por otro lado, en 2009, AIMPLAS (Instituto Tecnológico del Plástico con sede en Valencia) anunciaba el desarrollo de biomateriales para la automoción, obtenidos del aceite de soja y de fibras naturales, como el lino o el cáñamo.

Desarrollan por vez primera huesos artificiales en laboratorio

El proceso seguido imita la formación de los huesos naturales

Investigadores de los Países Bajos han conseguido desarrollar en laboratorio, por vez primera, huesos artificiales, siguiendo un proceso idéntico al que siguen los huesos orgánicos en su formación. Todo este proceso fue, además, registrado con gran detalle gracias a un microscopio electrónico de tecnología punta. El logro abre la puerta a la fabricación de huesos artificiales y, también, a la producción de diversos tipos de nanomateriales.n equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (TU/e), en los Países Bajos, ha conseguido por vez primera imitar en laboratorio el proceso natural de formación de los huesos, así como observar dicho proceso con gran detalle.

Según publica la TU/e en un comunicado, los huesos fueron desarrollados con fibras de colágeno (componente más abundante de los huesos y de la piel) en las que se depositó fosfato cálcico formando nanocristales.

En este proceso, se reprodujo el mismo crecimiento del fosfato cálcico que se da en la formación de huesos reales, explican los investigadores: en el organismo, el calcio está presente en los huesos en forma de hidroxiapatita, que es una estructura cristalina compuesta por fosfato de calcio que se sitúa alrededor de una matriz orgánica de proteína colagenosa para proporcionar fuerza y rigidez.

Proceso dirigido por el colágeno

Durante mucho tiempo se ha pensado que el colágeno era sólo un “molde” para la colocación del fosfato cálcico en los huesos de los organismos, y que la formación de dichos huesos estaba controlada por biomoléculas especializadas.

Sin embargo, las imágenes registradas en su investigación por Nico Sommerdijk y Fabio Nudelman, del Departamento de ingeniería química y química de la TU/e, han demostrado que las fibras de colágeno son, en sí mismas, las que controlan la formación mineral y, por tanto, las que dirigen el desarrollo de los huesos.

Según los científicos, las biomoléculas tendrían en este proceso de mineralización un papel distinto a lo que se creía: en realidad sirven para mantener el fosfato cálcico en solución líquida hasta que comienza el proceso de crecimiento del mineral.

Tecnología punta para el registro de imágenes

Los investigadores pudieron ver cómo se desarrollaban los huesos en el interior de las fibras de colágeno utilizando un microscopio electrónico único, el llamado cryoTitan.

Tal y como publica la página web de la Unidad de Investigación CryoTEM de la Universidad de Eindhoven, este microscopio está equipado con una serie de dispositivos de tecnología punta, como una cámara MultiScan™ CCD o un prisma óptico para holografía, que hacen que tenga una resolución tan alta como para registrar imágenes de átomos individuales.

Con el CryoTEM, los científicos analizaron, durante la formación de los huesos, muestras que fueron rápidamente congeladas, por lo que el proceso pudo registrarse y observarse en sus pasos consecutivos.

Aplicación en la formación de huesos artificiales

El Instituto Nacional de Investigación en Cerámica italiano (ISTEC) está desarrollando ya nuevos implantes óseos basados en el descubrimiento realizado por Sommerdijk y Nudelman.

Este mismo Instituto hacía públicos, a principios de este año, sus avances en un nuevo método para crear huesos a partir de madera de ratán, siguiendo un proceso de 10 días de duración.

El resultado obtenido por los científicos italianos fue un material óseo muy resistente, capaz de soportar la pesada carga de cualquier cuerpo, y duradero, que no tendría que ser reemplazado.

Sommerdijk y sus colaboradores, por su parte, no tienen intención de producir huesos después de su descubrimiento. Según el investigador: “nosotros hemos dado un gran paso en el terreno de la formación ósea, pero nuestro interés es comprender el desarrollo de los huesos, no producirlos”.

Desarrollo de otros nanomateriales

El avance realizado abre la puerta a un nuevo campo de investigación para los científicos de la TU/e. Éstos confían en que los mismos principios aplicados al desarrollo óseo puedan usarse para producir varios tipos de nanomateriales.

Los nanomateriales, menores que una décima de micrómetro, presentan diversas características que los hacen especialmente atractivos para la ingeniería, como el tener propiedades fundamentales modificables (magnetización, propiedades ópticas, temperatura de fusión, etc.) con respecto a los mismos materiales en escalas corrientes.

Sommerdijk y Nudelman están empezando a trabajar a escala nanométrica con la magnetita, un material magnético que puede usarse como biomarcador o como almacenamiento de datos.

Pero sus ambiciones van aún más lejos, según Sommerdijk: “creo seriamente que podemos desarrollar todo tipo de materiales utilizando los mismos principios (que en la formación de huesos). La formación biomimética de materiales magnéticos es un área nueva, que permanece aún totalmente inexplorada”.

Los resultados de la presente investigación han aparecido publicados en la revista especializada Nature Materials.

Creados los primeros hologramas móviles

Un novedoso material permite renovar las imágenes 3D cada dos segundos, y reflejar así su movimiento

Un equipo de investigadores de la Universidad de Arizona, en Estados Unidos, ha conseguido crear un dispositivo de telepresencia holográfica que permite ver, por vez primera, imágenes tridimensionales en movimiento. Para ello, el usuario no necesita llevar gafas 3D ni otros aparatos auxiliares. El movimiento había sido hasta la fecha un escollo para las proyecciones holográficas en tres dimensiones. Los científicos de la UA lo han superado gracias a un novedoso material, capaz de renovar cada imagen registrada en tan sólo dos segundos.

Un equipo de investigadores del College of Optical Science la Universidad de Arizona (UA), en Estados Unidos, liderados por el especialista en óptica y láser, Nasser Peyghambarian, ha creado un dispositivo de telepresencia holográfica que permite ver imágenes tridimensionales en movimiento, sin necesidad de que el usuario lleve gafas 3D ni otros aparatos auxiliares.

En la revista Nature, se explica que hasta ahora las proyecciones holográficas en tres dimensiones no contaban con la capacidad de actualizar las imágenes con la suficiente rapidez como para reflejar el movimiento de dichas imágenes.

La tecnología de los científicos de la UA supera este escollo, permitiendo proyectar imágenes de una manera similar a cómo se hacía en la escena de la película La guerra de las galaxias en la que aparecían imágenes holográficas de la princesa Leia pidiendo ayuda a Luke Skywalker y sus aliados.

Conseguir el movimiento

En un comunicado emitido por la UA, Peyghambarian señala que la telepresencia holográfica consiste en poder registrar una imagen tridimensional en una localización concreta y mostrarla en otra localización, ubicada en cualquier parte del mundo, a tiempo real.

Hasta el momento, esta técnica había alcanzado una resolución y una reproducción de imágenes estáticas excelentes, pero no había podido mostrar la dinámica de dichas imágenes, afirma el científico.

Proyectar las imágenes en movimiento ha sido posible gracias a una pantalla que compone el núcleo del sistema y que está compuesta de un novedoso material: un polímero fotorrefractivo que renueva los hologramas cada dos segundos. Esta renovación es lo que permite actualizar las imágenes casi a tiempo real, explican los científicos.

El proceso de funcionamiento del dispositivo sería el siguiente: la imagen original es tomada por una serie de cámaras regulares, que registran las imágenes del objeto cada una desde una perspectiva distinta (cuantas más cámaras se usen, más refinada será la presentación holográfica final).

Primer prototipo

Posteriormente, la información recogida por las cámaras es codificada en un haz láser de pulso rápido, que interfiere con otro haz que sirve como referencia. El patrón de interferencia resultante es registrado en el polímero fotorrefractivo antes mencionado, en el que se crea y almacena la imagen.

Cada pulso del láser registra un “hogel” en el polímero. Cada hogel, versión tridimensional del píxel, es una parte del holograma, una de las unidades básicas que conforman la imagen.

Finalmente, el holograma desaparece descomponiéndose en la oscuridad después de varios minutos o segundos, en función de los parámetros experimentales establecidos. También puede borrarse por el registro de una nueva imagen 3D, que genere una nueva estructura, eliminando el antiguo patrón.

El primer prototipo creado por Peyghambarian y sus colaboradores cuenta con una pantalla de 25,4 centímetros, pero los investigadores ya están probando una versión mucho mayor, de 43 centímetros.

Por otro lado, dicho prototipo presenta las imágenes 3D en un solo color, pero Peyghambarian y su equipo han presentado ya dispositivos de proyección 3D multi-color, capaces de imprimir imágenes y renovarlas a un ritmo similar al de las transiciones de imágenes en una pantalla de televisión. Estos dispositivos podrían incorporarse a la telepresencia en un futuro próximo.

Posibles aplicaciones

Una de las aplicaciones del sistema sería la de poder hacer presentaciones o tener reuniones a distancia. Todo lo que se necesitaría para ello sería una serie de cámaras conectadas y una conexión rápida de Internet.

El proceso estaría automatizado y controlado por ordenador. A medida que las señales de las imágenes tomadas se transmitiesen, el láser las inscribiría en la pantalla y las proyectaría en tres dimensiones en cualquier otro lugar.

La telepresencia holográfica podría aplicarse también a otros campos, como la publicidad, los mapas en 3D actualizables o el ocio. La tecnología podría usarse, además, en telemedicina, que es el uso de tecnologías de comunicación e información para realizar consultas, diagnósticos e incluso operaciones quirúrgicas a distancia.

Según los creadores del dispositivo, gracias a éste: “cirujanos que se encuentren en diversas partes del mundo podrán observar en 3D, a tiempo real, cualquier procedimiento quirúrgico, y participar en él”.

Otros avances

Peyghambaria y sus colaboradores llevan años trabajando para mejorar la telepresencia holográfica. Tal y como informamos anteriormente en Tendencias21, en 2008 los investigadores publicaron otro artículo en Nature en el que explicaban que habían conseguido crear pantallas de holografía dinámica tridimensional, cuyas imágenes se podían borrar y reescribir en tres minutos y mantenerse almacenadas durante tres horas.

Entonces, fue la primera vez que se obtenían imágenes holográficas de estas características, ya que las holografías corrientes, las que aparecen, por ejemplo, en algunas tarjetas de crédito, son impresas de manera permanente, sin que puedan ser borradas ni mucho menos actualizarse.

El pasado mes de marzo, además, la UA anunciaba que Peyghambaria y su colaborador, Pierre Blanche, están trabajando para llevar sus avances en holografía 3D al cine. Con ellos, el público podría ver películas como “Avatar”, sin necesidad de ponerse gafas especiales.

El polvo africano originó los suelos rojos del sur de Europa

Investigadores españoles y estadounidenses han realizado un análisis mineralógico y químico para conocer el origen de los suelos “terra rossa” del área mediterránea. Los resultados demuestran que el polvo mineral de las regiones africanas del Sahara y el Sahel, que emiten entre 600 y 700 toneladas de polvo al año, originaron los suelos rojizos del Mediterráneo como Mallorca o Cerdeña hace entre 12.000 y 25.000 años.

Suelos “terra rossa” con mayor erosión respecto de las rocas carbonatadas subyacentes (eolianitas) en la localidad de S'Estalella en el sur de Mallorca. Foto: Anna Ávila.

“Una primera intuición de la relación entre el polvo africano y determinados suelos en el área mediterránea es su color rojizo o marrón-rojizo, semejante al de los filtros de los aerosoles africanos producidos por su contenido en arcillas”, explica a SINC Anna Ávila, coautora del estudio e investigadora en el Centro de Investigación Ecológica y Aplicaciones Forestales (CREAF) de la Universidad Autónoma de Barcelona.

El estudio, que se ha publicado en la revista Quaternary Science Reviews, determina que la deposición del polvo mineral africano “tiene un papel relevante” en el origen de los suelos (paleosuelos) en el área Mediterránea, en concreto en la isla de Mallorca. Los resultados se parecen a los publicados sobre los suelos de Cerdeña, “lo que indica una probable fuente común en África”.

Por extensión, “el polvo africano explica el origen de los suelos ‘terra rossa’ de la región mediterránea situados sobre roca madre carbonatada”, apunta Ávila.

Para explicar el origen de los suelos rojizos los investigadores plantearon tres hipótesis: la teoría de acumulación de residuos no carbonatados (los suelos derivan de la acumulación de los productos de la meteorización no carbonatados de la roca madre carbonatada), la teoría de la ascensión de sesquióxidos (acumulación de hidróxidos de hierro y aluminio que ascienden por capilaridad desde la roca madre), y la teoría de la acumulación alóctona (el suelo se forma a partir de fuentes externas, entre ellas las aportaciones eólicas).

Las dos primeras hipótesis se descartaron por la diferente composición geoquímica en elementos traza entre los suelos rojos y la roca subyacente. “La hipótesis de la aportación alóctona (externa) quedó reforzada al superponerse la señal geoquímica de los suelos con la del polvo africano”, afirma la científica.

Sin embargo, aunque el análisis de los suelos indica que el polvo africano es el principal contribuyente a la formación del paleosuelo, “las rocas subyacentes también tienen una contribución, probablemente por medio del cuarzo residual”, añade la investigadora.

Origen y destino del polvo africano

Los suelos “terra rossa” (tierras rojas, en italiano) se sitúan sobre roca carbonatada (con alto contenido de carbonato) y se distribuyen en la Península Ibérica, en el sur de Francia, las islas del Mediterráneo, Italia y la costa del mar Adriático, desde Eslovenia, hasta Grecia.

Las fuentes más importantes de polvo mineral a la atmósfera se hallan en el Sahara y el Sahel, con emisiones de entre 600 y 700 toneladas por año. El destino de este polvo ha suscitado recientemente gran interés entre la comunidad científica por distintos motivos.

A parte de la formación de los suelos rojos, el polvo africano tiene “efectos adversos sobre la salud humana como la afectación de vías respiratorias y la visibilidad reducida. También suscita interés por sus implicaciones en el cambio climático con el papel de los aerosoles minerales en el balance radiativo, la deposición de nutrientes y la fertilización oceánica”, especifica Ávila.

Desarrollan plantas que pueden emplearse para producir plásticos

Reemplazarían así a distintos productos químicos derivados del petróleo

Ingenieros y científicos del Brookhaven National Laboratory de Estados Unidos y de la firma Dow AgroSciences han colaborado en el desarrollo de una planta capaz de producir determinados compuestos que podrían utilizarse para hacer plásticos, a niveles interesantes desde el punto de vista industrial. De esta manera, podrían ser una alternativa ecológica al uso de derivados de hidrocarburos

Las plantas podrían constituirse en una alternativa seria de los productos químicos derivados del petróleo para la confección de distintos plásticos, si una investigación encarada por especialistas del Brookhaven National Laboratory de Estados Unidos y de la firma Dow AgroSciences prospera a nivel industrial. Por el momento, se sabe que la producción ecológica de los compuestos necesarios registra niveles interesantes en términos industriales.

De acuerdo a este estudio, financiado por la DOE Office Science, The Dow Chemical Company y Dow AgroSciences, las plantas serían responsables de una verdadera revolución “verde” en el campo de la industria, desplazando a los derivados de los hidrocarburos en la producción de plásticos, uno de los materiales con mayor aplicación en todo tipo de industrias.

Este primer e importante paso hacia el logro de una producción ecológica a escala industrial ha merecido un artículo en la revista especializada Plant Physiology. También fue difundido mediante una nota de prensa del Brookhaven National Laboratory y a través de un texto publicado en Science Daily.

La innovación se trata concretamente del diseño de una nueva vía metabólica en las plantas para producir un tipo específico de ácido graso, que puede ser utilizado como una fuente productora de los compuestos químicos requeridos en la fabricación de plásticos como el polietileno, entre otros.

Niveles elevados de producción

Las materias primas utilizadas actualmente para desarrollar la mayoría de los compuestos químicos indicados provienen del petróleo o de derivados sintéticos del carbón. En consecuencia, la nueva metodología para generar materias primas procedentes de los ácidos grasos presentes en las plantas sería limpia, renovable y sostenible de forma indefinida.

Un punto vital de esta investigación, y que marca su principal diferencia con trabajos anteriores, es que se ha demostrado la producción de niveles elevados de las materias primas a través de las plantas, algo que facilita su futura inserción industrial. En otros esfuerzos similares, la producción era mínima y no alcanzaba para los requerimientos de la industria.

Por ejemplo, existen plantas que producen naturalmente los ácidos grasos omega-7 deseados, como por ejemplo la vid o la uña de gato, pero sus rendimientos y las características de la producción no son adecuadas para su uso comercial e industrial. Sin embargo, el trabajo genético puede provocar que las especies vegetales incrementen la mencionada producción.

Para superar el problema de la escasa producción, se ha realizado una serie sistemática de experimentos de ingeniería metabólica con el propósito de optimizar la acumulación de ácidos grasos omega-7 en las plantas transgénicas. En estos experimentos iniciales, los científicos trabajaron con la especie Arabidopsis.

Las plantas tendrían una amplia aplicación industrial mediante el desarrollo de compuestos necesarios para la fabricación de plásticos. Imagen: DOE/Brookhaven
Las plantas tendrían una amplia aplicación industrial mediante el desarrollo de compuestos necesarios para la fabricación de plásticos. Imagen: DOE/Brookhaven

Una nueva estrategia

Los especialistas diseñaron en principio una variante de laboratorio derivada de una enzima natural de la planta, que funcionó más rápido y con mayor especificidad que las enzimas naturales, lo que aumentó la acumulación de los ácidos grasos deseados desde menos de un 2 por ciento a alrededor del 14 por ciento.

A pesar de esta sensible mejora, ese nivel seguía siendo insuficiente para la producción a escala industrial. En consecuencia, los ingenieros evaluaron una serie de modificaciones adicionales a las vías metabólicas de la planta. En muchos de estos experimentos se observó una mayor acumulación del producto deseado.

Después de haber probado varios rasgos de forma individual, los expertos combinaron los indicios más prometedores en una nueva planta única. El resultado fue una acumulación de los ácidos grasos omega-7 deseados a niveles de alrededor del 71 por ciento, en la producción optimizada de la especie Arabidopsis.

De acuerdo a los responsables de esta investigación, el experimento realizado es una demostración exitosa de una estrategia general aplicable en este campo. La ingeniería metabólica desarrollada permitiría una producción sostenible de los ácidos omega-7 como fuente de materias primas industriales a través de las plantas.