Las promesas de la nanotecnología para la industria

Nota del editor: El texto fue publicado en la  edición 267 de la revista Manufactura, 13 promesas de la ingeniería, correspondiente a abril de 2018.

Jaime Rodríguez es el director general de Polec Industrias, empresa mexicana que surgió hace casi dos décadas tras desarrollar un polímero que sirve para compactar y aglomerar polvos. Hace dos años, tras una conferencia sobre innovación, una persona se acercó a él para comentarle del efecto que el grafeno puede tener en su labor.

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La compañía daría un vuelco. "Pensé que si uníamos nanotubos con las cadenas moleculares del polímero podríamos mejorar su resistencia física y aprovechar polvos de canteras y marmolerías para crear un material de construcción con prestaciones similares a las del concreto", recuerda el empresario.

En su ambiente natural el carbono es quebradizo, pero en forma de nanotubos presenta un módulo de Young —que indica la relación entre la tensión y la deformación en un cuerpo sólido— de unos 1,050 gigapascales, muy superior a los 209 del acero.

De ahí que el proyecto de Polec Industrias —aún en desarrollo— demuestra que la modificación molecular de ciertos materiales para conferirles nuevas propiedades promete hacer aportaciones a industrias como la de construcción, acerera y otros sectores satélite como el automotor o el aeroespacial.

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Sin embargo, la brecha para que estos desarrollos sean parte del piso de producción no es menor, ya que la investigación y el desarrollo de nanomateriales se divide entre los centros de investigación académica y las grandes empresas.

Origen y destino

En México, el valor potencial del sector es de 1,500 millones de dólares (mdd), según un resumen sectorial de la Unidad de Inteligencia de Negocios de ProMéxico, mientras que a escala global, el mercado de la nanotecnología alcanzó un valor de 39,200 mdd en 2016, refiere el estudio "Maturing Nanotechnology Market: Products and Applications", publicado por la empresa BCC Research en enero de 2017.

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Los nanomateriales, es decir, moléculas que se agregan para mejorar las características de otros materiales, representan 83% del mercado.

Las nanoestructuras complejas para usos como catalizadores químicos o componentes electrónicos ocupan el resto. A escala mundial, los usos más frecuentes de estos materiales están en aplicaciones ambientales como convertidores catalíticos, dispositivos electrónicos y productos de consumo como bloqueadores solares y maquillajes, pero su potencial es aún mayor.

Investigadores refieren que las nanoestructuras permitirán crear fuentes de alimentación, sistemas de comunicaciones y de propulsión muy pequeños, lo que traerá ahorros a la exploración espacial. "Enviar un kilogramo al espacio cuesta aproximadamente 20,000 dólares", comentó Carolina Gallardo, maestra en aeronáutica y tecnología espacial por la Cranfield University de Reino Unido en un seminario organizado por la Agencia Espacial Mexicana (AEM) en julio de 2017.

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La información de ProMéxico precisa que en el país existen 17 empresas relacionadas con productos y servicios de nanotecnología, aunque el desarrollo del sector llega por dos tipos predominantes de organizaciones, según Alfonso González, exdirector del área de investigación en nanomateriales para Grupo Kuo y actual responsable de crear un directorio de empresas de base nanotecnológica para la Red de Nanociencias y Nanotecnología del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

"Por un lado están las grandes empresas a nivel mundial como Bayer, que buscan desarrollar nanomateriales con vista a su salida hacia el mercado y, por otro, instituciones académicas concentradas en hacer investigación básica", comenta el experto.

Según la Red del Conacyt, unas 32 instituciones académicas y de investigación están relacionadas con la nanotecnología. En tanto, el número de empresas que usan estos materiales en sus operaciones ronda el centenar, según el estudio "Empresas nanotecnológicas en México: hacia un primer inventario", realizado en 2013 por investigadores en las universidades de Zacatecas y de California en Santa Bárbara.

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Entre las empresas citadas en el estudio —el único hasta el momento sobre la industria de la nanomanufactura en México— dedicadas por completo a los nanomateriales están Colhei y Nanomateriales S.A., una del Estado de México y la otra de Nuevo León, respectivamente.

Otras como Whirlpool y Viakable incorporan los materiales en sus productos como recubrimientos internos de electrodomésticos y cables con nanopartículas. Cemex, Nemak y Sigma también incorporan nanomateriales en algunos de sus productos.

En 2012, Macro-M, división nanotecnológica de Grupo Kuo, terminó sus operaciones ligadas al desarrollo de aditivos para polímeros, compuestos plásticos a partir de nanomateriales y nanomateriales con propiedades especiales, como liberación controlada.

Datos del estudio de 2013 refieren que los sectores industriales que empleaban este tipo de materiales con mayor frecuencia eran el químico, seguido por los de tratamiento de agua, de componentes eléctricos, de plásticos y de hule.

Enlace industrial

Una fuente de innovación empresarial está en los centros de investigación y las universidades. Por ejemplo, Whirlpool aprovechó la cercanía con el clúster de Nuevo León para compartir recursos e incorporar nanopartículas de dióxido de titanio en algunas estufas a gas, comenta Karym Giacomán, director general del Clúster de Nanotecnología de esa entidad.

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También existen empresas que "nacen de proyectos académicos que evolucionan hasta convertirse en un potencial producto", comenta César Rivera, directivo en TechBA, la aceleradora de empresas de FUMEC, que ha apoyado emprendimientos de este tipo como Polec.

Para lograrlo, César Rivera comparte que estos emprendedores necesitan desarrollar habilidades en negocio y liderazgo que no suelen ser parte de los programas institucionales. Sin embargo, existen otros factores que inciden en la maduración de este tipo de proyectos. El hecho de no tener proveedores nacionales de nanomateriales orilla a las empresas a importarlos.

Además, realizar investigaciones casi pioneras —como la unión covalente entre nanotubos de grafeno con polímero— obliga a trabajar muchas veces "bajo prueba y error", reconoce Jaime Rodríguez, de Polec. Un tercer factor está en el escalamiento, pues las técnicas de laboratorio no funcionan bien a escala comercial.

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" Parece fácil agregar nanomateriales como si fueran condimentos, pero hay que desarrollar nuevas técnicas que aseguren la estabilidad de los enlaces moleculares", entre otras cosas, dice Rodríguez.

A decir de Alfonso González, del Conacyt, el desarrollo de una industria nanotecnológica en México dependerá en buena medida de la capacidad de adaptación que tengan las empresas emergentes a mercados globales y pasar de una nanotecnología ya consolidada, como el desarrollo de materiales para lubricantes, a productos más complejos.