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¿Podrá el cannabis remplazar al "material milagroso"?

BBC News - ‎domingo‎, ‎17‎ de ‎agosto‎ de ‎2014

Las fibras resultantes de los residuos del cultivo del cannabis industrial o cáñamo –utilizadas para la producción de telas, papel, biocombustibles– pueden ser transformadas en dispositivos de almacenamiento de energía de alto rendimiento.

Un equipo de científicos "cocinó" la corteza de cannabis para transformarla en nanoláminas de carbono y construyó supercondensadores "similares o mejores que el grafeno", el material por excelencia de esta industria.

Los investigadores estadounidenses creen que los autos y las herramientas eléctricas podrían aprovechar esta tecnología del cáñamo.

Sus más recientes trabajos fueron presentados en la reunión de la Sociedad estadounidense de química en San Francisco.

"La gente me pregunta: ¿por qué el cáñamo? Yo les respondo: ¿por qué no?", dice el doctor David Mitlin de la Clarkson University en Nueva York, quien describió su dispositivo en la revista científica ACS Nano.

"Estamos haciendo sustancias parecidas al grafeno pero gastando una milésima parte del precio y lo estamos haciendo con basura".

"El cultivo del cannabis que utilizamos es perfectamente legal. No tiene tetrahidrocannabinol (THC), así que no hay riesgo de solapamiento con el uso recreativo".

Los costos

En países como China, Canadá y Reino Unido, el cáñamo puede ser cultivado industrialmente para hacer textiles y materiales de construcción.

Pero por lo general, la fibra resultante –la corteza interior– termina en los basureros.

El equipo de Mitlin tomó estas fibras y las recicló, hasta convertirlas en supercondensadores: dispositivos de almacenamiento de energía que están transformando la forma en la que los aparatos electrónicos reciben energía.

Las baterías convencionales almacenan grandes reservas de energía y la proveen lentamente, mientras que los supercondensadores pueden descargar rápidamente toda su carga.

Son ideales para máquinas que dependen de fuertes descargas de poder. En los autos eléctricos, por ejemplo, los supercondensadores se utilizan para el frenado regenerativo.

Liberar este torrente requiere electrodos con alta área de superficie, una de las muchas propiedades fenomenales del grafeno, que es más fuerte que el diamante, mejor conductor que el cobre y más flexible que el caucho: el "material milagroso".

Sin embargo, es prohibitamente caro de producir.

Receta secreta

Encontrar alternativas baratas y sostenibles es la especialidad del grupo de investigación de Mitlin en la Universidad de Alberta, en Canadá.

Ellos han experimentado con todo tipo de residuos biológicos: desde musgo de turba hasta huevos. Más recientemente, convirtieron cáscara de banano en las baterías.

"Se pueden hacer cosas muy interesantes con los biorresiduos. Hemos descubierto la receta secreta para sacarles provecho," dice Mitlin.

El truco es adaptar la fibra vegetal al dispositivo eléctrico correcto, de acuerdo a su estructura orgánica.

"Las cáscaras de banano pueden convertirse en un bloque denso de carbono, al que llamamos pseudografito, y eso es genial para las baterías de iones de sodio", explicó.

"Pero si nos fijamos en las fibras de cáñamo, su estructura es distinta: hace láminas con una amplia superficie propicia para los supercondensadores".

El primer paso, dice, "es cocinarlo como en una olla de presión". Ese proceso es conocido como síntesis hidrotermal.

"Una vez que se disuelve la lignina y la semicelulosa, se obtienen estas nanoláminas de carbono, una estructura pseudografeno".

Al convertir estas hojas en electrodos y añadirles un líquido iónico como el electrolito, su equipo hizo supercondensadores que funcionan a una amplia gama de temperaturas y una alta densidad de energía.

Las comparaciones directas con los dispositivos rivales son complicadas por la variedad de las medidas de rendimiento.

Pero el trabajo fue revisado por homólogos de Mitlin que calificaron al dispositivo como "a la par o incluso mejor" que los dispositivos comerciales basados en el grafeno.

"Funcionan a temperaturas menores a los 0ºC y poseen una de las mejores combinaciones de potencia de energía reportada por cualquier carbono. Por ejemplo, en una muy alta densidad de potencia de 20 kW/kg (kilovatios por kilo) y temperaturas de 20ºC, 60ºC y 100ºC, las densidades de energía son de 19, 34 y 40 Wh/kg (vatios-hora por kilo) respectivamente".

Una vez armados, su densidad de energía es de 12 Wh/kg, y puede conseguirse en un tiempo de carga menor de seis segundos.

Crecimiento de la industria

El cannabis industrial no es lo mismo que la marihuana, cuyo uso es recreativo o medicinal.

"Obviamente, el cáñamo no puede hacer todo lo que hace el grafeno", admite Mitlin.

"Sin embargo, para el almacenamiento de energía, funciona igual de bien y cuesta una fracción del precio: entre US$500 y US$1.000 por tonelada".

Después de haber establecido una prueba de principio, su compañía Alta Supercaps está a la espera de comenzar la fabricación a pequeña escala.

Se tiene previsto comercializar dispositivos para las industrias de petróleo y gas, donde la operación en altas temperaturas es un activo valioso.

Su traslado a Estados Unidos coincide con un cambio en las actitudes de regulación, con señales de que el cáñamo podría estar haciendo una reaparición.

En China, la cosecha se cultiva extensamente, y en Canadá, la industria de los textiles está creciendo.

"Cerca de mi casa en Alberta hay una instalación de procesamiento de cáñamo agrícola. Y toda fibra está tirada allí, no saben qué hacer con ella", le cuenta Mitlin a la BBC.

"Es un producto de desecho en busca de una aplicación que le otorgue valor añadido. La gente está prácticamente pagando para deshacerse del cáñamo".

Y si la tecnología realmente despega, podría ayudar a las economías, argumenta el experto.

"Es una planta robusta. Muchos de los agricultores estarían encantados de cultivar cáñamo".