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La revolución del vidrio está en marcha. Alerta de spoiler: se dobla y rebota
El ser humano lleva 4.000 años fabricando vidrio. Pero ahora, los científicos están desarrollando técnicas que afectarán todo, desde la medicina hasta la forma en que vemos el universo.
(vía Jay Bennett – NatGeo)
En una fresca tarde de marzo, Kazuhiko Akiba y un colega estaban en el patio de la fábrica de vidrio Chiba Kogaku de Japón, listos para presentar su última creación. Una carretilla elevadora sacó una gran vasija de barro del tamaño de un jacuzzi y la depositó ante ellos. Vestidos con los uniformes azul cielo de la empresa, los hombres se ponen gafas y guantes de seguridad. Cada uno cogió un mazo, lo levantó y lo golpeó contra los bordes exteriores de la olla. Sus golpes cayeron con fuerza, rompiendo la pesada cerámica y dejando al descubierto el preciado contenido que había debajo: una sustancia dura y luminosa que captaba el sol de la tarde. Brillaba en tonos cerúleos pálidos, como el hielo del Ártico. Akiba, el director de la fábrica, dio un paso atrás, admirado. «Kirei», dijo. Precioso. Se trataba del último lote de lo que se conoce como E6, uno de los vidrios ópticos más puros del mundo.
Situada al este de Tokio y rodeada de granjas de cacahuetes, Chiba Kogaku lleva más de 50 años fabricando vidrio en vasijas de barro hechas a mano. La técnica se remonta a principios del siglo XIX, cuando el fabricante suizo de lentes Pierre-Louis Guinand fue pionero en el uso de agitadores de cerámica para mezclar el vidrio fundido. El resultado era un producto sin burbujas ni contaminantes, ideal para la óptica. En 1965, una empresa japonesa, Ohara Glass, perfeccionó el proceso con su propia mezcla para desarrollar el E6, un vidrio llamado de baja expansión que ahora sólo se fabrica para Ohara en Chiba Kogaku.
La fabricación de una sola vasija, con capacidad para unos 200 galones, lleva aproximadamente cuatro meses. Primero hay que esculpir a mano el recipiente de arcilla. Después, los trabajadores vierten una mezcla de sílice, óxido de boro, óxido de aluminio y otros materiales y calientan la vasija a 2700 grados Fahrenheit. A medida que se funde, el vidrio fundido debe agitarse periódicamente durante más de dos días antes de colocarlo en una cámara de temperatura controlada para que se enfríe durante dos semanas.
Al romper la vasija de barro se elimina la capa más externa de vidrio, dejando tras de sí una sustancia pura que puede volver a fundirse y moldearse en formas precisas que permanecen constantes incluso a temperaturas extremas; de ahí la parte de «baja expansión» de su nombre. Esta estabilidad es crucial cuando se trata de construir espejos de vidrio para grandes telescopios.
El mercado de instrumentos tan caros, del tipo que permite a los astrónomos asomarse a las profundidades del espacio, es limitado. Tan limitado que todo el E6 producido en los últimos 42 años se ha entregado a un único comprador. Una cantidad enorme -134 toneladas- para un proyecto que, si tiene éxito, cambiará nuestra forma de pensar sobre el universo.
El E6 es sólo un ejemplo de cómo el vidrio se reinventa para explorar diversas fronteras. De hecho, el vidrio ha experimentado más avances tecnológicos e industriales en el último medio siglo que en el milenio anterior, lo que llevó a la ONU a reconocer en 2022 el vidrio como el elemento constructivo 100% reciclable con más probabilidades de ayudar a los países a alcanzar los objetivos de desarrollo sostenible para 2030.
En pocas palabras, hemos entrado en una nueva era del vidrio, en la que los científicos utilizarán este antiguo material para mejorar radicalmente nuestras vidas.
En la fábrica, Akiba me advierte que no toque el vidrio recién expuesto porque su superficie está cubierta de diminutos fragmentos. A medida que el sol se pone, el enorme trozo sigue cambiando de tonalidades, brillando con matices de topacio, luego aguamarina y plata. Contemplo atónito cómo se transforman los colores y cómo brilla el material de otro mundo, como si hubiera estrellas doradas suspendidas en su interior.
Hay un meme muy popular en Internet que muestra el momento en que los niños pequeños reciben su primer par de gafas. En cada vídeo, el niño pasa del llanto o la confusión a la mirada atónita y los ojos muy abiertos cuando por primera vez puede ver claramente a sus padres. Así me sentí yo a los ocho años cuando entré en Costco con mis primeras gafas. Me quedé boquiabierto al ver los pasillos de las tiendas tan definidos, todo gracias a una tecnología desarrollada hace más de 700 años y utilizada por miles de millones de personas.
Llevar gafas se ha convertido en una parte tan mundana de la vida moderna que prácticamente hemos olvidado el impacto que la invención de las lentes ópticas ha tenido en la civilización. Pero eso es cierto para la mayoría de las formas en que el vidrio ha cambiado profundamente la experiencia humana. Trate de imaginar la vida sin botellas y platos para hornear, espejos y ventanas, bombillas y televisores. Si está leyendo esta historia en su teléfono móvil, es porque ha tocado una pantalla táctil de vidrio y estas palabras han aparecido a través de datos que viajaban por cables de fibra óptica de vidrio.
El ser humano ha ido incorporando progresivamente este material a su vida desde que descubrió cómo producirlo hace unos 4,500 años. Aunque se desconoce exactamente dónde se creó el primer vidrio, algunas de las cuentas de vidrio y otras baratijas más antiguas han aparecido en Mesopotamia. Los historiadores teorizan que el primer vidrio pudo ser un subproducto accidental de la producción de cerámica o metal. En cualquier caso, la gente descubrió rápidamente cómo manipular el proceso, como demuestra una tablilla de arcilla babilónica hallada en el actual Irak, que registra en cuneiforme una de las primeras recetas de vidrio conocidas. Incluso indica cómo teñirlo de rojo.
Ya sea antiguo o moderno, casi todo el vidrio contiene la misma fórmula básica: una mezcla de sílice (el ingrediente principal), carbonato sódico (para bajar el punto de fusión) y piedra caliza (para estabilizarlo). Pero parte de lo que hace especial al vidrio es una especie de accidente de la naturaleza: el resultado de un proceso interrumpido. Cuando los ingredientes principales se calientan a unos 1800 grados Fahrenheit y luego se enfrían, los átomos de la mezcla quieren formar naturalmente una estructura como la matriz cristalina de una capa de hielo o un diamante. En lugar de ello, los átomos quedan atrapados en una configuración aleatoria que da lugar a algo entre sólido y líquido, que puede remodelarse antes de enfriarse y endurecerse. El resultado es un sólido amorfo. Esta estructura molecular desordenada es lo que confiere al vidrio su superpoder: una adaptabilidad camaleónica. Como no es necesario que sus átomos sigan un patrón específico, a altas temperaturas su estructura puede incorporar una amplia gama de compuestos químicos. Tales adiciones pueden aportar color, flexibilidad, mayor resistencia al calor y mayor solidez, entre otros rasgos deseados.
«Las composiciones del vidrio son infinitas, y se pueden cambiar continuamente sus propiedades», afirma Alicia Durán, catedrática de vidrio del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y ex presidenta de la Comisión Internacional del Vidrio, que ha colaborado con la ONU para defender la nueva era del vidrio (término que Durán utiliza a menudo). Pero le encanta el vidrio por otra razón: «La principal cualidad del vidrio es que puede producirse, reproducirse, nacer y renacer – en la misma u otras aplicaciones- para siempre. Es la base de la sostenibilidad», afirma.
Para los científicos, esto supone una oportunidad para la experimentación sin fin, y los siglos han demostrado cómo un avance puede seguir inspirando otro. Un ejemplo: Hace poco visité la «cocina de pruebas» del laboratorio de Ingeniería y Procesado de Materiales de Corning, la multinacional del vidrio y la cerámica situada al norte del estado de Nueva York. Allí, técnicos ataviados con trajes fuertemente aislados que reflejan el calor y protectores faciales utilizaban atizadores y pinzas de acero para sacar un vaso de vidrio fundido al rojo vivo de un horno industrial, vertiendo cuidadosamente una de las miles de nuevas fórmulas con las que experimentan aquí regularmente. (Alegando secretos comerciales, no quisieron decirme nada sobre la que les vi trabajando).
En 1879, Corning se asoció con Thomas Edison para mejorar su bombilla. Desde entonces, la empresa ha presentado un desfile de primicias del vidrio, desde el resistente material de laboratorio Pyrex (utilizado para producir penicilina y distribuir las primeras vacunas contra la polio) hasta las primeras líneas de fibra óptica (la columna vertebral de la superautopista de la información) y el ultraduradero Gorilla Glass (que, por lo general, evita que la pantalla de tu teléfono se haga añicos).
Aunque gran parte de lo que se está desarrollando en Corning sigue siendo secreto, muchos investigadores comparten abiertamente sus próximos objetivos. Por ejemplo, el vidrio bioactivo: En 1969, un profesor de la Universidad de Florida descubrió que, si se sustituye el calcio por sílice, se pueden crear finas bolitas o polvos de vidrio que se adhieren a los huesos rotos y aceleran su curación.
Ese descubrimiento ha llevado a reformular el biovidrio como posible tratamiento de infecciones en huesos y heridas de tejidos blandos, afirma Julian Jones, científico de materiales del Imperial College de Londres que lleva 25 años estudiando el biovidrio. Si resulta eficaz, la idea podría resolver uno de los problemas más acuciantes de la medicina, ya que cada vez hay más patógenos resistentes a los antibióticos. Jones fue pionera en el desarrollo de un «biovidrio hinchable», un polímero de vidrio gomoso experimental impreso en 3D, diseñado para regenerar el cartílago. «Para pacientes mayores con artritis», dice, «esto es una especie de santo grial de la regeneración del cartílago».
Para Himanshu Jain, que dirige el Instituto de Materiales y Dispositivos Funcionales de la Universidad de Lehigh, el vidrio desempeñará un papel crucial en las energías renovables. Ya es un material clave en los paneles solares y en las aspas de fibra de vidrio de los aerogeneradores. ¿Por qué no, se pregunta Jain, crear ventanas que conviertan la energía solar en electricidad? También prevé otros avances en el vidrio: gránulos de fertilizante de vidrio que liberen nutrientes y chips informáticos de vidrio capaces de procesar información a través de la luz en lugar de señales eléctricas.
Uno de los usos más controvertidos de la tecnología del vidrio procede del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, en el Estado de Washington, donde los científicos afirman haber perfeccionado un método de inmovilización de material radiactivo que se remonta a décadas atrás. El objetivo del equipo es idear una forma de contener los 56 millones de galones de residuos nucleares almacenados que aún existen en el emplazamiento de Hanford, una planta que procesó plutonio para el Proyecto Manhattan y durante la Guerra Fría. «Nuestros residuos contienen prácticamente toda la tabla periódica de elementos, y eso tiene átomos de múltiples tamaños distintos a los que les gusta unirse con ángulos diferentes», explica John Vienna, el científico que dirige la investigación.
Para resolver este problema, el equipo ideó muchos tipos de vidrio para incorporar los distintos tipos de contaminantes radiactivos. Los residuos vitrificados durarán más que la semivida radiactiva de la mayor parte del material tóxico, aunque sigue habiendo mucho debate sobre dónde almacenarlos de forma segura. Después de que Vienna y yo habláramos, el equipo que supervisa el proceso de vitrificación accedió a enviarme por correo un pequeño trozo de vidrio de prueba -fabricado a partir de material no radiactivo- para mostrarme el aspecto que tendrían los residuos almacenables.
Cuando llegó el paquete, saqué un trozo gris ahumado, del tamaño de una baraja de cartas. No era tan bonito como el trozo de E6, pero la idea de que podría ayudar a resolver un antiguo desastre medioambiental le daba un atractivo diferente.