Las nanotecnologías como solución a la crisis climática

 

 

 Comento brevemente una nota y editorial de Nature Nanotechnology que pone el foco en el potencial de las nanotecnologías para aportar soluciones técnicas al desafío global del cambio climático de origen antropogénico y anuncia una iniciativa muy importante a cargo del programa National Nanotechnology Initiative.

 El cambio climático es el principal desafío que se le plantea a Humanidad hoy y de aquí a los años venideros. Es de esperar modificaciones extremas en el clima global de nuestro planeta, con eventos cada vez mas frecuentes e intensos: incendios forestales, huracanes, olas de calor y frío, inundaciones, acidificación de los océanos y extinciones de especies, entre otros efectos que ya estamos experimentando en todas las latitudes. Los desafíos para mitigar y revertir el cambio climático son enormes y abarcan no solo a las tecnologias involucradas, sino ademas todos los niveles de desiciones en todas las instituciones y naciones del planeta. El cambio climático no es un tema mas en la agenda, sino el cristal al través del cual se van a observar todas las decisiones políticas, institucionales, tecnológicas y financieras. 

    Las nanotecnologías tienen un rol central en este desafío ya que permiten obtener materiales con nuevas propiedades físicas de gran interés en prácticamente todas las aplicaciones posibles o futuras. Este potencial ya se ha puesto de manifiesto en áreas tales como la miniaturización y reducción exponencial en el consumo eléctrico en la industria de semiconductores, el incremento de eficiencia en la industria de energía fotovoltaica, y el desarrollo en tiempo récord de vacunas contra la COVID-19 basadas en tecnología de ARN.

    La National Nanotechnology Initiative (NNI) de los EUA lanzó recientemente la iniciativa Nano4EARTH, un hub para impulsar el conocimiento multidisciplinario del proceso del cambio climático y sus impactos, e impulsar el amplio espectro de soluciones que la nanotecnología permite desarrollar para su mitigación.

    Se han logrado mapear diversas soluciones y enfoque para lograr el cero neto, esto es emitir la misma cantidad de gases de efecto invernadero que se secuestran, siendo este uno de los enfoques clave para combatir el cambio climático.

    Nano4EARTH destaca cuatro grandes áreas, de un espectro casi inabarcable de aplicaciones, en las que agrupa todo el esfuerzo del sector nanotecnológico y permite ver el gran potencial del sector en este desafío:

     1. Almacenamiento de energía y baterías, los énfasis que destacan en este enorme y diverso campo de tecnologías abarcan desde el almacenamiento en red de grandes volúmenes de energía, hasta el diseño de nuevas baterías, especialmente en estado sólido. Se requieren baterías mas eficientes y sustentables, con timepos menores de carga, mayor almacenamiento de energía y mayor ciclo de uso, para abordar la enorme transfomación energética del sector transporte.

    2. Procesos catalíticos, con el énfasis en el diseño de nuevos materiales de construcción, energías sustentables, y producción de químicos. Es necesario producir los materiales nobles de los que no vamos a prescindir jamás como el cemento, amoníaco, hidrógeno, acero, petroquímicos, e incluso hidrocarburos, pero de una forma distinta, con sostenibilidad ambiental y bajas emisiones de gases de efecto invernadero. Sin mencionar el enorme desafío de la producción de hidrógeno verde para producir metanol y derivados, y la captura de las emisiones de estos gases.

     3. Interfases y desarrollo de membranas, lubricantes e interfases, de nuevo tipo capaces de superar las limitaciones actuales en este tipo de materiales, especialmente la fricción entre otras. Se estima que hasta un 11% del descenso de cosumo de energia se debe a los avances en tribología y nuevos materiales. Numerosas soluciones a estos desafíos provienen de los nanomateriales, se estima que podría llegar a un 6% del ahorro energético incorporando nanolubricantes, entre otras soluciones propuestas.

    4. Captura de carbono, ya sea mediante sistemas in situ o bien mediante filtrado de aire, este tipo de procesos son la gran apuesta para mitigar el impacto ambiental que este gas provoca. La demanda en la industria de absorcion de carbono esta muy lejos de estar satisfecha, tanto en volumen como en (nano)tecnologías involucradas. Los nanomateriales presentan características óptimas para estas tareas: gran superficie de contacto, altas capacidades de almacenamiento, selectividad, reutilizabilidad, entre otras.

    Hace ya 24 años se lanzaba en los Estados Unidos la NNI, que marcó el tono respecto a esta nueva frontera científica y técnica que se estaba delineando. El futuro parecía mas cerca que nunca, pero con el paso del tiempo las expectativas puestas en las nanotecnologías se fueron enfriando progresivamente. Las expectativas fueron muy altas, y los desafíos técnicos y financieros que plantea la producción a escala fueron los factores clave para esta moderado y lento enfriamiento. 

    Al poco tiempo, y de la mano de la última pandemia, la nanotecnología se puso los pantalones largos y maduró de golpe, facilitando la aplicación masiva de vacunas basadas en ARN. El bautismo de fuego de la nanomedicina fue a lo grande, y demostró el potencial y madurez de sus capacidades. Le confiamos la vida de millones de personas, y hoy con la iniciativa de la NNI se redobla la apuesta. El futuro de la nanotecnología es tan prometedor y fabuloso como prometía, con el agregado de ser una de las mejores estrategias para solucionar el problema ambiental mas grande, complejo y universal que la Humanidad afronta.

    En este aspecto la nanotecnología ha recorrido todo el camino de expectativas posibles: desde aquellos prototipos de ciencia ficción propuestos, incluyendo miedos tan prematuros, a este resurgir actual de la mano de la NNI. Los paralelismos con la llamada inteligencia artificial y aprendizaje profundo son bien sugerentes y probablemente se repitan. Si bien la iniciativa Nano4EARTH es nacional, muestra un posible y deseable camino para consolidar e impulsar el sector, al mismo tiempo que se priorizan soluciones absolutamente prioritarias para combatir el cambio climático. El concepto de emulación debería inspirar programas similares en otras naciones y organizaciones globales.

    Lo relevante de todo esto es el posicionamiento privilegiado de las nanotecnologías y nanomateriales para mitigar el cambio climático. Probablemente el futuro no será como un sueño utópico de ciencia ficción pero seguramente tengamos uno, si es que la voluntad política y el potencial de nuestras tecnologías se alinean correctamente en este desafiante presente. 

Referencias: Campa, M.F., Brown, C.M., Byrley, P. et al. Nanotechnology solutions for the climate crisis. Nat. Nanotechnol. 19, 1422–1426 (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01772-5

                      The climate crisis is a call for action for nanotechnology. Nat. Nanotechnol. 19, 1421 (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01818-8