Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientosde Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

El futuro de la automoción pasa por los coches eléctricos, que reducirán nuestra dependencia del petróleo y las emisiones de gases de efecto invernadero. El gran problema son las baterías, que ahora mismo limitan mucho la autonomía. ¿Cuál es el estado actual de la investigación en baterías para vehículos eléctricos? Hay muchos proyectos de investigación en curso, pero lo que podemos llamar «la batería ideal» puede tardar en torno a diez años en llegar al mercado. Las baterías más avanzadas de la actualidad se basan en el uso de iones de litio combinados con otros materiales, como grafito, o esponja de cobre o aluminio. Su alto precio, su densidad energética (entre 150 y 200 Wh/kg), su durabilidad (unos 3000 ciclos completos de carga/descarga) y su tiempo de recarga (unos 30 minutos en carga rápida y unas 10 horas en el modo lento) todavía están muy lejos de lo que nos gustaría a los usuarios y a los fabricantes de automóviles. Una alternativa, aún en fase de investigación, son los supercondensadores. Se espera que sean más baratos, de mayor densidad energética (por encima de 500 Wh/kg), más duraderos (por encima de 5000 ciclos completos) y con una recarga superrápida (sólo unos pocos segundos). Para desarrollar supercondensadores se han propuesto diferentes materiales. Esta semana se ha publicado en la revista Nature un nuevo método de fabricación de un material para supercondensadores que fue descubierto en el año 2011 por físicos de la Universidad Drexel, Filadelfia, Pensilvania, EE.UU. El nuevo método de fabricación de dicho material, llamado MXeno, tiene la gran ventaja de que vuelve dicho material tan maleable como la plastilina, sin perder un ápice en su capacidad para formar un supercondensador. Con esta nueva plastilina para almacenar electricidad se podrán fabricar baterías para los automóviles eléctricos porque el nuevo método de fabricación es más barato, seguro y sencillo, y además parece fácil de llevar a escala industrial.

A nivel divulgativo recomiendo leer a César Tomé, «Un nuevo material podría revolucionar el almacenamiento de energía,» Próxima, Next, Vozpópuli, 02 Dic 2014.

El nuevo artículo técnico es Michael Ghidiu, Maria R. Lukatskaya, Meng-Qiang Zhao, Yury Gogotsi, Michel W. Barsoum, «Conductive two-dimensional titanium carbide ‘clay’ with high volumetric capacitance,» Nature 516: 78-81, 04 Dec 2014; los MXenos nacieron en Michael Naguib, Murat Kurtoglu, Volker Presser, Jun Lu, Junjie Niu, Min Heon, Lars Hultman, Yury Gogotsi, Michel W. Barsoum, «Two-Dimensional Nanocrystals Produced by Exfoliation of Ti3AlC2,» Advanced Materials 23: 4248-4253, 04 Oct 2011. Recomiendo leer a Maria R. Lukatskaya, Olha Mashtalir, Chang E. Ren, Yohan Dall’Agnese, Patrick Rozier, Pierre Louis Taberna, Michael Naguib, Patrice Simon, Michel W. Barsoum, Yury Gogotsi, «Cation Intercalation and High Volumetric Capacitance of Two-Dimensional Titanium Carbide,» Science 341: 1502-1505, 27 Sep 2013, y Patrice Simon, Yury Gogotsi, Bruce Dunn, «Where Do Batteries End and Supercapacitors Begin?,» Science 343: 1210-1211, 14 Mar 2014.

El nuevo material de tipo plastilina se puede usar para fabricar un supercondensador para vehículos eléctricos, en lugar de usar una batería convencional de ión litio. ¿Cuál es la diferencia entre una batería y un supercondensador? Las baterías convierten la energía química en eléctrica mediante una serie de celdas electroquímicas. Cada celda consta de un electrodo positivo, el ánodo, y un electrodo negativo, el cátodo, junto a un electrolito que permite que ciertos iones se muevan entre ambos electrodos. El movimiento de estos iones hace que fluya una corriente eléctrica. Por el contrario, un condensador es un dispositivo eléctrico que almacena energía usando una diferencia de potencial eléctrico. Los condensadores están formados por un par de superficies conductoras, láminas o placas, separadas por un material dieléctrico. Un supercondensador usa como superficies conductoras capas extremadamente delgadas, normalmente fabricadas con materiales bidimensionales como el grafeno. El material más de moda en la actualidad, el grafeno, etá formado por hojas de carbono puro de un solo átomo de grosor. El grafito de los lápices que usamos para escribir está hecho de muchísimas capas de grafeno. El grupo de investigación de Michel W. Barsoum y Yury Gogotsi, físicos de la Universidad Drexel, Filadelfia, EE.UU., descubrieron en el año 2011 un material bidimensional que llamaron MXeno, similar al grafeno, pero que está formado por una capa monoatómica que combina átomos de un metal de transición (la M del nombre) y átomos de carbono o nitrógeno (la X del nombre). Un supercondensador de MXeno puede almacenar hasta tres veces más energía que uno de grafeno, pero su fabricación es peligrosa porque usa ácido fluorhídrico, que es muy corrosivo y muy tóxico. El nuevo método que se publica en Nature para fabricar un MXeno concreto, el carburo de titanio (Ti2C3), sustituye el ácido fluorhídrico por ácido clorhídrico diluido y fluoruro de litio, sustancias mucho más seguras en un entorno industrial. Este MXeno puede almacenar hasta seis veces más energía eléctrica que un supercondensador de grafeno y además es un material tan maleable como la plastilina, gracias a las moléculas de agua que se intercalan entre las capas del compuesto. Que este material sea una plastilina facilita el laminado y el modelado, lo que permite desarrollar supercondensadores con nuevos diseños revolucionarios. Además como el proceso de fabricación es barato, sencillo y seguro, y las materias primas son muy abundantes, sin lugar a dudas, el carburo de titanio es un Mxeno que promete una verdadera revolución en la forma en la que se almacenará la energía eléctrica en el futuro, en especial en los coches eléctricos e híbridos.

Cambiando de tema. En época de crisis, sobre todo cuando los combustibles son caros, mucha gente agudiza el ingenio y busca alternativas a los combustibles fósiles convencionales. Se ha propuesto el uso de aceites vegetales, de girasol o de colza, como combustible casero alternativo al gásoleo. ¿Puede funcionar el motor Diesel de un coche con aceite de girasol? Los motores Diesel de los coches están optimizados para operar con gasóleo fósil, también llamado gasoil o diésel, un producto que se obtiene del refinado del petróleo. El uso de otro combustible, como biodiésel o aceites vegetales, puede permitir que el motor funcione bien, pero puede dañar algunos elementos del motor, si éste no está adecuadamente preparado, sobre todo cuando se usan de forma prolongada. El biodiésel está formado por ésteres metílicos de ácidos de grasos obtenidos a partir de aceites vegetales o grasas animales mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación. Normalmente el biodiésel está mezclado con gasóleo fósil y se denomina usando una letra B y un número que indica el porcentaje de combustible vegetal. Por ejemplo, un B5 significa un 5% de combustible vegetal y un 95% de gasóleo, siendo un biodiésel B100 el que no tiene nada de gasóleo fósil. Usar biodiésel B5 o incluso B10 en un automóvil cuyo motor no esté preparado no suele dar problemas en casi ningún motor, pero usar concentraciones más elevadas implican cierto riesgo y conviene que el motor esté preparado para ello. Por otro lado, el uso de aceite de girasol o aceite de colza permite que el motor funcione (quizás con una leve pérdida de potencia), pero su uso prolongado podría causar daños. Los motores diésel no están optimizados para usar aceites vegetales, cuya densidad y viscosidad es mayor que la del gasóleo fósil y puede dañar las bombas de combustible, e incluso gripar el motor, sobre todo en un arranque en frío. Hay que recordar que el gasóleo que se vende en las estaciones de servicio incluye aditivos que facilitan la lubricación interna del motor y que evitan que el motor se gripe. Una de las peores averías de un motor es el gripado de la distribución (del árbol de levas en culata). Pero lo más importante que deben saber los oyentes es que usar aceites vegetales como combustible casero es un fraude fiscal, ya que estos aceites no pagan el «Impuesto Especial de Hidrocarburos» y nos pueden poner una buena multa. El olor a aceite en los gases de escape del vehículo es fácilmente reconocible y en cualquier control rutinario de la guardia civil o de la policía será fácilmente identificado por los agentes, que nos podrán una multa de como mínimo 600 euros. Nunca se deben usar aceites de girasol o de colza en un motor.

En algunos círculos ecologistas se dice que usar aceite de girasol para fabricar biodiésel casero tiene ventajas para el medio ambiente, e incluso se recomienda fabricarlo a partir del aceite de desecho de la cocina. ¿Se puede fabricar biodiésel a partir de aceite de cocina usado? A la hora de hablar de reducción en las emisiones de CO2 hay que tener en cuenta los estudios de las emisiones en todo el ciclo de vida (fabricación, transporte, distribución y consumo). En general se puede afirmar que los biocombustibles son algo más saludables que los combustibles fósiles. Los biocarburantes no eliminan la dependencia del petróleo, pero pueden reducir su demanda y aumentar la diversificación energética, lo que mejora la seguridad de suministro de energía. A día de hoy es inviable el reemplazo de todo el consumo mundial de combustibles fósiles en automoción usando sólo biocombustibles. Se requieren importantes avances en investigación para convertir los biocombustibles en una solución sostenible desde un punto de vista ambiental, agrícola y alimentario. Por otro lado, fabricar biodiésel casero a partir de aceite de desecho de la cocina es ilegal y nos puede caer una buena multa, pues fabricarlo se considera una infracción tributaria grave. Ello no quita que con cierta experiencia en el manejo de productos químicos se pueda fabricar biodiésel casero a partir de aceites vegetales de consumo alimentario. Pero si no se hace bien se puede provocar una avería grave en el motor del coche. Además, fabricarlo requiere usar productos químicos, como el metóxido sódico o metilato de sodio, que son inflamables, tóxicos y corrosivos, luego hay que manejarlos con extremo cuidado. Por tanto, los consumidores que quieran usar biodiésel en su vehículo deben recurrir siempre a las estaciones de servicio autorizadas que lo comercializan (unos 420 en toda España).