Para ver el poder de la química, nada como el hogar

Durante décadas pasadas y futuras, las innovaciones de la química impactan en cómo lucen, se sienten y funciona el hogar.

En 1972, George Gray, profesor en la Universidad de Hull, en el Reino Unido, revolucionó el mundo en el que vivimos al sintetizar una molécula llamada 5CB, también conocida como 4-ciano-4´-pentilbifenilo.

Por primera vez, este cristal líquido produjo un monitor brillante y a color a temperatura ambiente. Con el tiempo, derivó en las pantallas modernas que encontramos en muchos de los productos y electrodomésticos de nuestro hogar: televisores, refrigeradores, despertadores, microondas, termostatos, equipos de música, libros electrónicos, teléfonos, tablets y computadoras portátiles. Si estás leyendo esto en un aparato de pantalla plana, de alguna manera, estás mirando a los ojos de la ingenuidad química de Gray.

Esta es sólo una de las innovaciones cientoficas que han influido el curso de los acontecimientos diarios desde la Ilustración. La química ha moldeado el mundo de manera muy significativa incluyendo por supuesto nuestro propio hogar. Sólo necesitamos dar una vuelta por nuestra casa para ver sus efectos.

Las creaciones de la química han transformado el hogar de los americanos.

Desde la Revolución Industrial a la Era Digital, la industria química no sólo se ha adaptado a los diferentes estilos de vida y a las cambiantes demandas del consumidor, sino que también ha ayudado a darles forma.

El mundo está al borde de otro cambio de paradigma, e innovaciones como la comunicación 5G y el Internet de las Cosas pueden facilitar una revolución de ideas sin precedentes. Hay que desarrollar, urgentemente, materiales más baratos, energéticamente eficientes y multifuncionales para seguirle el ritmo a la rápida evolución los avances de la tecnología inteligente. Convertir estas ideas en una realidad pragmática y económica depende de la capacidad de la industria química para innovar de manera rápida e inteligente. Al fundirse la Era de la Información Digital con la Edad de la Automatización, aparecerá el futuro de un hogar feliz en el cruce entre la conveniencia, la innovación química, y la sustentabilidad.

Como usuarios, demandamos cada vez más que las mejoras en los hogares intelifentes sean cada vez más efciente, más respetuosas con el medioambiente, y más interconectadas. “La ciencia de materiales desempeñará un papel clave en hacer cada parte de tu hogar más eficiente, económico, cómodo y, en definitiva, más habitable”, comenta Jonah Erlebacher, Jefe de Departamento y Profesor en Ciencia de Materiales e Ingeniería de la Universidad Johns Hopkins.

UNA MIRADA A TODO LO QUE LA INNOVACIÓN QUÍMICA HA TRAÍDO—Y TRAERÁ—Al HOGAR

LOS AÑOS 50

EL BOOM DE LA FABRICACIÓN REFRIGERADORES

Para conservar la carne y frutas frescas en casa, la gente tradicionalmente usaba “neveras,” literalmente cajas con hielo. Pero una nueva tecnología calentaba motores: la refrigeración eléctrica. Los refrigeradores se convirtieron en electrodomésticos básicos del hogar en los años 50. Los primeros refrigerantes se basaban en amoníaco, pero sus escapes eran tóxicos. La marca de refrigerantes Freon™, patentada en la década de 1930, se convirtió en la opción más segura para muchos fabricantes.

HORNOS DE CARBÓN Y COCINAS El tipo de carbón disponible para calefacción, el carbón bituminoso, era barato pero muy contaminante. Quemar este carbón libera a la atmósfera dióxido de azufre, un gas que acaba provocando lluvia ácida. La antracita, sin embargo, no desprende vapores de hidrocarburos ni alquitrán. Al convertirse en una opción popular para los hornillos de carbón, la antracita trajo más seguridad, menos emisiones de óxidos de azufre y chimeneas más limpias, ya que apenas deja residuos de cresol.

UNIDADES DE AIRE ACONDICIONADO Freon™ también se empleó como refrigerante en los aparatos de aire acondicionado, incluidas las más de un millón de unidades vendidas en 1953. Los cloroflourocarbonos que los acompañaron acabaron motivando a los fabricantes a buscar soluciones más sustentables.

LOS AÑOS 70

LA COMODIDAD SE ENCUENTRA CON LOS BÁSICOS DEL HOGAR

UTENSILIOS ANTIADHERENTES Al buscar refrigerantes más seguros que el dióxido de azufre y amoníaco, el químico Roy Plunkett se tropezó con un feliz accidente: el resbaladizo polvo blanco de polietraflouropetileno (PTFE) — registrado como Teflon en 1945. En los 70. Los recubriminetos de Teflon empezaron a usarse en utensilios de cocina antiadherentes, que se colaron al interior de millones de hogares.

Al mismo tiempo, el PTFE también comenzó a añadirse en aceites para lubricar motores de combustión interna, y a usarse en una gran variedad de tratamientos de automoción y aplicaciones en fábricas.

TELEVISIONES La televisión pronto se convirtió en el canal de noticias y medio de entretenimiento más popular de Estados Unidos. En 1971, aproximadamente el 48 por ciento de los hogares poseían televisores a color. Puesto que ciertos compuestos luminiscentes de los tubos de rayos catódicos estaban basados en elementos tóxicos (como cadmio, ahora un conocido carcinógeno), acabaron siendo sustituidos por el sulfuro de zinc activado con cobre.

BOMBAS DE CALOR Las bombas de absorción-ciclo calor, que funcionaban con energía solar, debutaron en 1973. Gracias al ciclo de refrigeración y al uso de gases de refrigeración calientes, estos aparatos podían usarse también como aire acondicionado. Las bombas de calor parecían una herramienta ideal para rebajar la polución del aire y disminuir el consumo de combustibles fósiles. (La escasez de petróleo y gasolina condujo a dos crisis energéticas en los años 70, una en 1973 y otra en 1979.) En 1978, las bombas de calor se utilizaban en más de 1,4 millones de hogares en EE.UU.

LOS AÑOS 90

EL AMANECER DE LA ERA DIGITAL

COMPUTADORAS Durante el comienzo de los años 90 la industria de los semiconductores trataba al silicio como si fuera oro, ya que los minúsculos chips de silicio con circuitos integrados grabados podían llevar a cabo muchísimas funciones. Pronto, las industrias líderes como IBM, Apple, y Microsoft buscaron materiales para hardware más económicos y capaces de llevar a cabo aplicaciones más avanzadas. Los chips con interconexiones de aluminio eran el estándar industrial a mediados de los 90 hasta que, en 1997, IBM desarmó a sus competidores cuando consiguió microprocesadores más rápidos y baratos con interconexiones de cobre. La velocidad de los microprocesadores aumentó en un 15 por ciento, ya que los cables de cobre conducen la electricidad un 40 por ciento mejor que el aluminio.

TELÉFONOS MÓVILES Las baterías de níquel e hidruros metálicos alimentaban los primeros teléfonos móviles. Pero, muy pronto, las baterías de ión-litio, más pequeñas, ligeras y rápidas de cargar aterrizaron en el mercado con grandes ventajas. Las baterías de ión-litio se recargan en pocas horas (de 1 a 3) comparadas con las 10 o 12 que tardaban las de níquel e hidruros metálicos.

CALEFACCIÓN DE GAS NATURAL, ELECTRICIDAD Y DIÉSEL Combustibles más limpios como el gas natural, la electricidad y el diésel reemplazaron casi por completo los hornillos de carbón. Mientras que los hogares americanos quemaban más de 50 millones de toneladas de carbón en 1950, esa cantidad se redujo a menos de medio millón de toneladas en el año 2000.

LOS AÑOS 2010

LA QUÍMICA VERDE

PANTALLAS PLANAS Las televisiones de plasma fueron las primeras televisiones planas del mercado. Utilizaban gases ionizados eléctricamente para formar las imágenes. Pero el proceso era poco eficiente energéticamente y tenía demasiadas limitaciones. Por ejemplo las pantallas de plasma sólo podían alcanzar las 64 pulgadas. Y entonces aparecieron Gray y su descubrimiento del 5CB. Llegaron las coloridas pantallas de cristal líquido (LCDs, por sus siglas en inglés) que podían funcionar a temperatura ambiente. Su llegada a la electrónica de consumo inició una industria multimillonaria, llegando a rivalizar con los plasmas. Las pantallas LCD, que al principio utilizaban perflourocarbono, actualmente utilizan trifloururo de nitrógeno

AISLAMIENTO En los años 60 era obligatorio usar aislantes de fibra de carbono en la construcción inmobiliaria. Pero pronto, las innovaciones en espuma de spray de poliuterano — productos flourados derivados de la industria de las flouroolefinas — aumentaron la eficiencia energética, y redujeron el impacto en el calentamiento global. Los hidroflourocarburos tradicionales contienen un enlace sencillo entre los átomos de carbono, mientras que estos productos hidrolouroolefínicos contienen un doble enlace, que se descompone con mayor facilidad en la atmósfera. Estas espumas pueden tomar cualquier forma, reducen las pérdidas de aire y la presencia de humedad y moho, y mejoran la eficiencia energética de los edificios, su comodidad y la calidad del aire en el interior.

PESTICIDAS MÁS SEGUROS La Agencia Americana para la Protección Medioambiental ha aprobado docenas de feromonas femeninas de insectos no tóxicas (atractores sexuales químicos) como componentes activos en el control de plagas. Liberar concentraciones de feromonas sintéticas en el medioambiente confunde a los machos, evitando que se apareen, y reduce la población de la plaga sin causar daños a otros insectos, mascotas o humanos. Hasta ahora, las feromonas sintéticas eran muy caras. Pero la metátesis de olefinas — un proceso catalítico en el que dos compuestos intercambian iones, descubrimiento que mereció el premio Nobel de Química en 2005—genera compuestos que interrumpen el apareamiento utilizando materias primas baratas, como aceites vegetales y alquenos de bajo peso molecular.

THE CHEMOURS COMPANY: INICIANDO LA CONVERSACIÓN

JESAL CHOPRA, Directora Global de Negocios en The Chemours Company, comparte su visión acerca de cómo la química hará que la vida en los hogares del futuro sea todavía más fácil y sustentable.

La progresión de la sociedad moderna le debe mucho a la ciencia y la ingeniería, y una gran parte de esta evolución es debido al trabajo que hace la química en el hogar. Tu casa, al igual que la mía, es producto tanto de la invención química como de la ingeniería estructural y la arquitectura.

De hecho, mientras la química guía los avances de cada industria y segmento comercial, realmente es en el hogar donde podemos ver las modernas innovaciones químicas funcionando. Sin duda, la química escribirá el futuro. Esto incluye el hogar del futuro, una casa inteligente gracias a la inteligencia artificial y la tecnología sin cables.

Utilizando tecnología y comunicaciones de alta velocidad, tanto inalámbrica como con cables, tu futuro hogar tendrá todo listo cuando llegues a casa. Tu refrigerador hará un pedido de leche cuando esté por terminarse y la lavadora te hará ciclos en las horas de bajo consumo. Esto y mucho más será lo habitual gracias a la química.

Tengamos en cuenta que los fluoropolímeros de Teflon™ hacen posibles los hogares inteligentes en todos los niveles, desde la fabricación de circuitos integrados a los sistemas de comunicación encontrados en smartphones, tablets y otros aparatos conectados.

Los propietarios del futuro buscarán la eficiencia energética y la sustentabilidad. La química permite esto también. Los fluoropolímeros Teflon™ de Chemours forman ya parte de cada nivel del hogar y de la generación de energías limpias, desde láminas y recubrimientos que aumentan la eficiencia de los paneles solares hasta sistemas de gestión del almacenamiento de energía. No sólo ellos, también nuestros nuevos agentes espumantes y refrigerantes (productos Opteon™, por ejemplo) mantendrán la comodidad de nuestros hogares y los harán más eficientes, y también tendrán un potencial cero de emisión de ozono, así como una baja contribución al calentamiento global. La infraestructura a gran escala y la industria del futuro seguirán estas tendencias que observamos en los hogares.

Las fábricas conectadas han combinado las comunicaciones mediante fluoropolímeros con la robótica para dar lugar a la era de los mercados de alta capacidad de reacción con alta eficiencia y extensa personalización.

Los refrigerantes de baja contribución al calentamiento global ya se están incorporando a las infraestructuras de refrigeración, tanto ya existentes como nuevas. La energía limpia a pequeña escala tiene un costo competitivo frente a la generada por combustibles fósiles, en parte gracias a los fluoropolímeros y las disoluciones de baterías fluidas que utilizan membranas Nafion™. En resumen, no importa dónde veas, la química de alto valor añadido ayuda a hacer posible—incluso a definir—no sólo el hogar del mañana sino también la sociedad que lo rodea.

LEA MÁS ACERCA DEL AVANCE DE THE CHEMOURS COMPANY EN EL FUTURO DEL HOGAR A TRAVÉS DE LA QUÍMICA:

chemours.com/future-homes

EL FUTURO ESTÁ AQUÍ LA ERA DE LA AUTOMATIZACIÓN

EL INTERNET DE LAS COSAS Mientras la competencia se pone interesante entre el Echo de Amazon, Google Home y, recientemente, el HomePod de Apple, los expertos en telecomunicaciones están preparando la próxima generación de 5G. El 5G es una red de conectividad móvil inalámbrica basada en semiconductores como los nitruros capaz de conseguir la comunicación masiva entre máquinas a través del IoT.

Marco Mezzavilla, investigador postdoctoral que lidera varios proyectos de investigación 5G relacionados con ondas milimétricas en NYU Wireless, busca la innovación en materiales semiconductores. Mirando hacia el futuro de las comunicaciones y la química, ve “una gran necesidad de requieren las comunicaciones ultra-rápidas, de gigabits por segundo y ales que son críticos para el desarrollo de superconductores 5G gracias a sus bajas propiedades dieléctricas que permiten comunicar altas tasas de bits. Con productos inteligentes completamente integrados en el hogar, la asistencia automática nos alertará inmediatamente de anormalidades en el funcionamiento de los electrodomésticos, sustancias tóxicas en el entorno o formar de aumentar nuestra eficiencia energética.

PINTURA QUE ABSORBE ENERGÍA SOLAR Además de las placas solares para los techos, “Hay un interés en la pintura,” dice Jonah Erlebacher, jefe de departamento y catedrático de ciencia de materiales e ingeniería en la Universidad Johns Hopkins. La pintura en los hogares del futuro podría contener materiales para “limpiar el aire, filtrar patógenos y absorber energía solar que podría proporcionar electricidad al resto de la casa”, afirma Hopkins

AUTOS ELÉCTRICOS AUTÓNOMOS Los autos eléctricos, quizás muy pronto también autónomos, podrían llenar los garajes americanos. Pero antes que nada, los fabricantes necesitan encontrar una solución para almacenar energía. Por eso, compañías como Tesla están buscando cómo construir baterías masivas, replanteando la tecnología de las baterías ión-litio que se emplea actualmente en los coches eléctricos para que también almacenen la electricidad generada de forma renovable.

LA QUÍMICA LO HACE TODO POSIBLE Para continuar la introducción de productos en nuestros hogares que lleven a este cambio de paradigma, los líderes industriales tienen que integrar mejor las ideologías de innovación química del pasado y presente, a la vez que satisfacen las demandas de consumo y los requerimientos de sustenibilidad. Esta podría ser la fórmula ganadora para idear las mejoras en el hogar que cambien nuestras vidas.

MANTÉNTE AL TANTO DE LOS PRÓXIMOS ARTÍCULOS EN LA SERIE EL FUTURO DE LA QUÍMICA.