En la próxima edición de la revista Nanotechnology, considerada de alto impacto y prestigio internacional, se publicará la investigación liderada por el Centro de Excelencia en Nuevos Materiales de la Universidad del Valle y el Instituto Interdisciplinario de las Ciencias de la Universidad del Quindío, sobre la transformación de desechos de la guadua en material altamente atractivo para el desarrollo de tecnología de punta, en el área de nanoelectrónica.

El logro de la investigación es convertir a través de un novedoso método nuestros recursos naturales, de manera sostenible, en tecnología para el mundo; transformando la guadua en nanoplaquetas de óxido de grafito, compuesto base para la producción subsiguiente de material tipo grafeno. 

El grafeno, un alótropo del carbono, es actualmente considerado el material del futuro y por sus diversas posibilidades de aplicabilidad es investigado científicamente a nivel mundial. Tiene una amplia gama de aplicabilidad por ser buen conductor eléctrico, buen conductor térmico, transparente, flexible y al mismo tiempo con dureza mecánica que supera al acero. Como componente electrónico es altamente efectivo con poco consumo de energía, poca pérdida por calor y alta durabilidad.

Actualmente producir grafeno a escala industrial es aún altamente costoso, algunas de las técnicas implementadas requieren largos tiempos de producción, equipos altamente sofisticados o el uso de agentes tóxicos, lo que no ha permitido producirlo sustentablemente a grandes escalas. 

El  método novedoso de pirólisis, que se investiga en Colombia y utiliza un material muy abundante y altamente renovable como es el caso de la guadua, es un proceso de descomposición térmica del recurso natural, que tiene la ventaja de ser más simple, más económico en tiempo e inversión y se trata de un método amigable con el medio ambiente. 

De los residuos con guadua se ha logrado, hasta ahora, la conversión a nanoplaquetas de grafito oxidado.  Este compuesto más allá de ser una fuente de oxido de grafeno, el cual a diferencia del grafeno presenta comportamiento semiconductor, cuenta con importantes propiedades que lo perfilan para aplicaciones de generación y almacenamiento de energía, como lo son las celdas solares flexibles y  supercapacitores. Así mismo, es un gran candidato para el desarrollo de pantallas táctiles, flexibles y transparentes.

La ventaja y novedad de este método de pirólisis, es el uso de los acidos piroleñosos de la guadua,  con lo que el proceso se divide en dos pasos. En un primer paso se somete la guadua a altas temperaturas en un reactor con ambiente controlado de nitrógeno, obteniendo después de una hora los ácidos piroleñosos. Durante el segundo paso, que dura otra hora, se utilizan estos ácidos para convertirlos en películas delgadas o en nanoplaquetas de óxido de grafito. Estas plaquetas más adelante tienen el potencial de ser convertidas en óxido de grafeno y con otros procesos de manipulación de nanomateriales lograrán finalmente convertirse en grafeno.

En la investigación se cuenta también con colaboración del Instituto de Nanociencia de Aragón de la Universidad de Zaragoza, España-. A su vez, el Proyecto “Guadua – Nanotecnología” es el eje de investigación de la tesis doctoral del estudiante Jhon Jairo Prías-Barragán, del programa de doctorado en ciencias físicas de la Universidad del Valle, dirigida por dos profesores y doctores (Ph.D) en física  Pedro Prieto y Hernando Ariza y la codirección de la también doctora (Ph.D.) en física Katherine Gross ( Beca L’Oreal –Unesco 2015, “for women in science”).

Nanotechnology es una revista de carácter científico publicada por IOP Publishing, la editorial del Instituto de Física del Reino Unido. Para que un artículo sea publicado en esta revista debe cumplir con los más altos estándares de calidad científica, contribuir a los avances de frontera de manera original y significativa y presentar avances sustanciales en el área particular en ciencia y tecnología de la nanoescala.

Arriba: Piezas de Guadua del tamaño de alrededor de 1 cm2 son convertidas en nanoplaquetas de óxido de grafito como se muestra en la imágen tomada en un microscopío electrónico de transmisión – TEM. Abajo: para la caracterización de las propiedades de transporte eléctrico nanoplaquetas individuales son contactadas con la técnica FIBID (Focused Ion Beam Induced Deposition) y medidas in-situ en un microscopío electrónico de barrido. 

Tomado de El Tiempo.

El profesor Ramiro Ortiz Flórez, Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad del Valle, creó la iniciativa que podría llegar a pueblos indígenas.

En un salón de 35 metros cuadrados de la Universidad del Valle, un grupo de siete estudiantes y el investigador Ramiro Ortiz hacen posible la luz.

No hay necesidad de contar con la fuerza de una cascada de agua en una caída a 40 metros de altura o un gran embalse. La pequeña central hidroeléctrica, con materiales y talento criollo desde el aula de clases, emula esa misma caída de agua para lograr una potencia de 10 kilovatios e iluminar un caserío de unas 20 viviendas.

Basta con que Ramiro Ortiz, ingeniero eléctrico con Ph. D. del Instituto Energético de Moscú en Fuentes Alternas y Recursos Renovables, ingrese al sistema computarizado conectado a la pequeña central y dé la orden, tras digitar las contraseñas de seguridad.

Así, un tanque de agua empieza a surtir el líquido. Son 1.000 litros por minuto, pero esa cantidad también se puede duplicar para que corran a través de una tubería de hierro de unos cinco metros de longitud. El líquido es bombeado por un motor de 25 caballos de fuerza.

Todo funciona en un parpadeo. Bombillos, de 100 vatios cada uno y conectados al final del proceso, se encienden cada 30 segundos. Claro que en el laboratorio, esta fase termina con la activación de un banco de resistencias. Es la prueba irrefutable de que en este salón se transforma la energía hidráulica en mecánica mediante una turbina, para luego pasar a un generador que la convierte en energía eléctrica ¡Eureka!

Todo este trabajo ha contado con una inversión aproximada de más de 300 millones de pesos, recursos que han sido gestionados por la Vicerrectoría de Investigaciones de Universidad del Valle, y de Colciencias, esta última entidad entró a avalar el proyecto en 2006 cuando se creó el servidor y el sistema que permite maniobrar a distancia y de manera virtual, la pequeña central hidroeléctrica.

Esta estructura funciona en un espacio cerrado de Universidad del Valle con el nombre de Laboratorio de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas, dirigido por el profesor Ortiz, cuyo sueño y el de Universidad del Valle también estuvo apoyado con la empresa privada: Morelco Ltda, Colombina S.A. y Flow Serve S.A., empresas que aportaron los equipos del laboratorio.

Hasta el momento, algunas comunidades indígenas del suroccidente del país se han mostrado interesadas en esta iniciativa, cuyo modelo sirve, además, para explicar los conceptos básicos de la generación de energía eléctrica a los alumnos del profesor Ortiz.

Pero si se quiere trasladar esta máquina a un sitio con caída de agua y prescindir del tanque, solo basta con desarmar la motobomba y colocar una turbina hidráulica con forma de abanico de cucharas metálicas que también fueron diseñadas, y ensambladas por Ortiz y sus estudiantes.

“Este es un modelo de generación de energía más barato porque tiene equipos que no son importados y que elevan los costos. Las turbinas y el motor han sido instalados aquí mismo”, explica Ortiz, quien en 1998 coordinó un diplomado en dimensionamiento de pequeñas centrales hidroeléctricas.

Dentro de los resultados de estas últimas actividades se vislumbró la necesidad de disponer del Laboratorio de Pequeñas Centrales Hidroeléctricas de fácil acceso que a la vez fuera didáctico, modular (se puede desarmar) y de investigación.

“A partir de ese instante se propuso la meta de diseñarlo y de construirlo con estas características, contando para ello con el recurso humano de los estudiantes de pregrado, quienes dimensionaron su fase inicial”, dijo el profesor Ortiz. Este escenario ha sido también el espacio para el desarrollo de cientos de tesis de grado en la Univalle.

“El laboratorio está totalmente automatizado”, dice el investigador. Algunos de los estudiantes que trabajan con el ingeniero eléctrico son Robin Gallego, Manuel Tapia, Sergio Balanta y Stiven Solano, de los semestres noveno y décimo de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica.

Cada dos años se hacen actividades académicas de difusión relacionadas con la aplicación de las máquinas reversibles en el laboratorio, la cuales han estado apoyadas por el Instituto Energético de Moscú. Además, la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial - ONUDI ha invitado a miembros del laboratorio a pasantías, al tiempo que avanzan alianzas con otras universidades del país como la Eafit, en Antioquia, y la Universidad del Señor de Sipán, en Chiclayo (Perú), en el desarrollo de la energía, con recursos hidroenergéticos en pequeña escala.

Foto: Juan Pablo Rueda Bustamante / EL TIEMPO

El profesor Ramiro Ortiz (segundo de izquierda a derecha) con Robin Gallego, Manuel Tapia, S