Revolucionar el futuro de los materiales

No es del todo nueva, pero sí fascinante y desde luego prometedora, sobre todo a medida que avanzamos en su estudio. La madera transparente la conocemos desde hace unas cuantas décadas y aquí os hemos hablado de ella en alguna ocasión, pero su estudio ha experimentado avances considerables a lo largo de los últimos años hasta abrir interesantes aplicaciones que van mucho más allá de la construcción. Hay quien ya piensa en ella para crear ventanas, pantallas, el sector energético o incluso industrias en apariencia tan poco relacionadas como la automoción.

Al fin y al cabo… ¿Quién dijo que el material del futuro no pueda ser uno que los humanos conocemos y manejamos desde hace miles y miles de años?

¿Madera transparente? Suena contraintuitivo y extravagante, pero la madera transparente es un concepto que los científicos manejan desde hace unas cuantas décadas. Más concretamente desde que hace aproximadamente 30 años Siegfried Fink, un botánico alemán, logró eliminar los pigmentos de las células vegetales para estudiar de forma más precisa la estructura de las plantas leñosas.

El artículo que publicó a principios de los años 90 sobre su técnica fue durante bastante tiempo la referencia ypunta de lanza en la materia, pero como recordaba hace unos días un artículo de Knowable Magazine, una revista de Annual Reviews, su estudio ha experimentado avances notables durante las últimas décadas, sobre todo desde que Lars Berlund, del KTH Royal Institute of Technology de Suecia, decidió trasladar el hallazgo a su propio campo: la ciencia de los materiales.

La clave, su estructura. Lars Berlund y su equipo del KTH no son los únicos que han prestado atención a la madera transparente. Sus enormes posibilidades han despertado el interés de los investigadores de la Universidad de Maryland y el sector privado. La clave de su trabajo es la estructura de la madera: para dotarla de una aspecto transparente o traslúcida se elimina la lignina —el «pegamento» de los troncos que les confiere su tonalidad— y rellenan luego los poros que quedan vacíos con un material que garantice la resistencia y deje pasar la luz.

¿Qué material? Durante los años los científicos han probado con diferentes opciones, avanzando precisamente en una de las líneas de trabajo claves del material. El equipo de KTH empezó por ejemplo con polímeros de origen fósil, pero acabó pasando a una alternativa más ecológica, el acrilato de limoneno. «Está elaborado a partir de cítricos renovables, como residuos de cáscaras que pueden reciclarse de la industria del zumo de naranja», explicaba la investigadora Céline Montanari después de publicar su estudio en ‘Advanced Science’, en 2021.

Resistente, sostenible… y transparente. Que científicos y empresas estén explorando la forma de desarrollar madera transparente se explica por su amplio abanico de posibilidades, el mismo que destacaba en 2019 la revista ‘Horizon’, de la Comisión Europea (CE). A diferencia de la piedra o el hormigón, la madera es un recurso renovable, que puede ayudar a la industria de la construcción a reducir su huella de emisiones de dióxido de carbono y ofrece además un material fuerte.

«Esta madera es resistente a la intemperie, más resistente al fuego, tres a cinco veces más fuerte y transparente» explicaba Thimothée Boitouzet, de la empresa Woodoo, que ha trabajado en formas de conferir nuevas propiedades a la madera.

«Los resultados son sorprendentes, un trozo de madera puede ser tan resistente como el vidrio», explica el científico de materiales Liangbing Hu, de la Universidad de Maryland a ‘Knowable Magazine’. Hace solo unos meses firmó un artículo junto a otros investigadores en el que destacan el potencial de la madera transparente. Con la resina que le añaden, reivindica que las láminas de madera puede ser el triple de resistente a la presión que el plexiglás y 10 veces más que el vidrio.

Desde KTH aseguraban en 2021 que su nuevo compuesto, elaborado con madera y acrilato de limoneno mostraba «un rendimiento mecánico de alta resistencia», con un aguante de 174 MPa y una elasticidad de 17 GPa. Su solución permitía además prescindir de los polímeros de origen fósil, uno de sus grandes objetivos.

En busca de la transparencia. Durante el tratamiento de la madera los científicos eliminan la lignina, pero eso no significa que el material resultante sea transparente. Para lograrlo tienen que rellenar los huecos con compuestos, como el epoxi, que coincidan con su índice de refracción. Las láminas que suelen manejar son muy delgadas, con espesores de entre un milímetro y un centímetro. Cuando más gruesa es la madera más borrosa resulta sin embargo la vista.

Las pruebas de Hu y Berglund muestran de hecho que cuando se trabaja con estructuras milimétricas pasa entre el 80 y 90% de la luz, pero la transmitancia de la luz baja cuando se incrementa el espesor. La solución con el derivado de cítricos de KTH ofrecía, según cálculos de sus creadores, una transmitancia óptica del 90% con un espesor de 1,2 mm y una turbidez baja, del 30%. Otras pruebas muestran que la madera puede volverse más clara a medida que almacena más calor.

Las ventanas fabricadas con madera transparente quizás serían más borrosas que las convencionales, de vidrio, pero ofrecen otras ventajas, como su resistencia y su capacidad aislante, y esa misma naturaleza las haría una opción interesante para espacios en los que tradicionalmente se usa cristal esmerilado.

De la teoría… a la práctica. Si sus cualidades resultan interesantes es por la gama de aplicaciones prácticas que ofrece la madera transparente, usos que van más allá de la búsqueda de materiales para una construcción más sostenible. Sus responsables apuntan las posibilidades en nanotecnología, el diseño de ventanas inteligentes, el almacenamiento de calor, la iluminación o la tecnología láser.

«Hemos observado hacia dónde va la luz y qué sucede cuando incide en la celulosa —comenta Lar Berglund, del KTH—. Parte de la luz atraviesa la madera y hace que el material sea transparente. Parte de la luz se refracta y se dispersa en diferentes ángulos y produce efectos agradables en aplicaciones de iluminación».

Hay quien explora también sus posibilidades para crear pantallas aún más resistentes para los smartphones, los vehículos y vallas publicitarias o incluso en ventanas aislantes, un uso en el que combinaría su transparencia con una mayor capacidad aislante que el vidrio. Gracias a esa combinación los edificios podrían retener el calor o mantener sus interiores frescos. Los investigadores llevan años probando además con las posibilidades de introducir diferentes compuestos en su «esqueleto», como el PVA, PEG o PCM, para alterar la capacidad de madera para retener o liberar el calor, lo que permitiría regular el flujo que entra y sale.

«Un futuro prometedor». La frase es de Qiliang Fu, nanotecnólogo de la madera de la Nanjing Forestry University, en China, quien explica así a Knowable Magazine sobre el futuro del material. Su potencial ya le ha hecho pasar de hecho de la esfera académica a la empresarial. La francesa Woodoo, por ejemplo, lleva ya tiempo explorando por las posibilidades de la madera tratada y hace cuatro años la CE destacaba el interés que había despertado en la automoción, con proyectos para integrar la electrónica en su madera y crear así «salpicaderos táctiles».

La UE ha contribuido con 2,27 millones a un proyecto bautizado como Woodoo Augmented Wood que se activó para «transformar la madera en una material de construcción fuerte como el hormigón y translúcido como el ámbar”.

Imágenes: Céline Montanari (KTH), UMD y Shuaiming He et al (Annual Reviews)

En Xataka: Hay un argumento para hacer las ciudades del futuro de madera. Y cada vez lo apoya más gente