Sostenibilidad
Madera Transparente Innovadora Ofrece un Sustituto Sostenible al Plástico
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Una de los recursos renovables y sostenibles más importantes es la madera. Está presente a nuestro alrededor y posee cualidades asombrosas. Este material duradero y versátil es un aislante natural que no contamina y es sostenible.
La madera tiene una amplia gama de usos, desde leña, papel y construcción hasta muebles, combustible, aromatizantes y fragancias. Ha sido crucial para la civilización humana y el desarrollo económico durante siglos.
Ahora, todos conocemos la madera, sus casos de uso y su importancia en nuestras vidas. Pero la madera también puede volverse transparente. Este material sólido que ocurre de forma natural y se deriva de los árboles puede transformarse en madera transparente al reemplazar los componentes clave de la madera.
La madera tiene tres componentes principales: celulosa, hemicelulosa y lignina, y al eliminar tanto la lignina como la hemicelulosa la madera se vuelve transparente.
El color oscuro de la lignina se debe a los cromóforos complejos. La celulosa y la hemicelulosa, por su parte, son incoloras.
Cuando se eliminan estos componentes, queda una red porosa similar a papel de celulosa. Luego un material incoloro llena esos poros, restaurando cierta rigidez.
Esta fascinante transformación de la madera, que la hace transparente sin perder su resistencia, no es reciente; se descubrió por primera vez hace décadas, aunque solo recientemente ha cobrado impulso en la investigación de materiales sostenibles.
Transparent Wood: A Scientific Breakthrough
La transformación de la madera en un material transparente fue iniciada en 1992 por el científico alemán Siegfried Fink.
La idea era observar los mecanismos internos de las plantas leñosas sin diseccionarlas. Así, el botánico blanqueó los pigmentos y terminó creando madera transparente.
Durante más de una década desde que Fink hizo el descubrimiento, ninguna investigación exploró este campo, hasta que Lars Berglund, científico de materiales del KTH Royal Institute of Technology en Suecia, investigó la creación de una alternativa al plástico transparente.
Cinco años después de desarrollar por primera vez la madera transparente, los investigadores probó con éxito1 una alternativa ecológica en 2021. La alternativa fue acrilato de limoneno, que se fabrica a partir de cítricos renovables como residuos de cáscara.
“Reemplazar los polímeros basados en fósiles ha sido uno de los desafíos que hemos tenido al crear madera transparente sostenible.”
– Berglund dijo en ese momento
El nuevo compuesto ofreció una transmitancia óptica del 90 % a 1,2 mm de espesor y una neblina extremadamente baja del 30 %. Desarrollado para uso estructural, mostró un rendimiento mecánico de alta resistencia, con una elasticidad de 17 GPa (aproximadamente 2,5 Mpsi) y una resistencia de 174 MPa (25,2 ksi).
Al mismo tiempo que el KTH Royal Institute iniciaba su incursión en la madera transparente, el profesor Liang Bing Hu de la Universidad de Maryland (UMD) estaba interesado en aprovechar la resistencia de la madera. Descubrieron que la madera transparente, al combinarse con resina epoxi, era diez veces más resistente que el vidrio y tres veces más fuerte que los plásticos transparentes.
En 2019, los investigadores de UMD desarrollaron2 un material estructural con una resistencia mecánica de 404,3 megapascales, más de ocho veces la de la madera natural, mediante una delignificación completa y densificación de la madera. Según los investigadores, su madera refrigerante puede producir ahorros de energía entre el 20 % y el 60 %.
Transparent Wood’s Growing Popularity in Research
Con los continuos avances en el campo durante los últimos años, la madera transparente ya no es solo una novedad científica. Finalmente está recibiendo protagonismo a medida que los experimentos comienzan a dar frutos y a mostrar potencial más allá de los laboratorios.
Las propiedades ópticas, físicas y mecánicas de la madera transparente, en particular, están generando mucho interés. Por ejemplo, la madera transparente es muy fuerte y también ligera.
Sin mencionar que la madera transparente también es mucho mejor aislante que el vidrio, lo que le brinda enormes beneficios en arquitectura. Sin embargo, se ha encontrado que el vidrio es más amigable con el medio ambiente por ser no tóxico y más fácil de reciclar.
Aún así, la madera transparente tiene numerosas ventajas medioambientales, al igual que cualquier otro material derivado de plantas. Para empezar, es biodegradable. También puede cultivarse indefinidamente, y este nuevo crecimiento captura y secuestra CO₂, lo que la hace beneficiosa para el medio ambiente.
Un estudio de evaluación del ciclo de vida de la madera transparente3 demostró que, gracias a sus propiedades renovables y biodegradables, la madera transparente tiene el potencial de reemplazar los polímeros tradicionales derivados del petróleo. Su análisis de fin de vida (EOL) mostró impactos ecológicos significativamente reducidos (107 veces) en comparación con el polietileno.
El estudio también señaló que el análisis de cuna a puerta de la madera transparente indica que la delignificación usando sulfito de sodio, hidróxido de sodio y peróxido de hidrógeno, junto con la infiltración de epoxi, conduce a los menores impactos ambientales.
En cuanto a los casos de uso, la madera transparente puede emplearse en luminarias, ventanas inteligentes e incluso en teléfonos inteligentes. También se espera que encuentre aplicaciones en el sector automotriz, con ingenieros trabajando en la integración de electrónica en madera transparente sensible al tacto.
Otros usos para esta madera están también en desarrollo, incluidos diodos emisores de luz (LED) basados en madera y blindaje contra interferencias electromagnéticas (EMI) mediante la adición de nanopartículas magnéticas.
Pero, por supuesto, la adopción generalizada de la madera transparente aún no se ha logrado debido a la falta de una técnica de fabricación a gran escala. Además, los investigadores están trabajando en mejorar la sostenibilidad de la producción de madera transparente.
Using Natural Materials to Make Strong, Transparent Wood
Los investigadores han desarrollado madera semitransparente usando materiales naturales como claras de huevo y arroz, lo que resultó en una alternativa resistente y biodegradable a los plásticos.
Bharat Baruah, profesor de química en la Universidad Estatal de Kennesaw (KSU), presentó la investigación en una reunión de la American Chemical Society (ACS). La investigación busca crear madera transparente (TW) con propiedades como conductividad eléctrica, transparencia óptica y flexibilidad.
Con estas propiedades, la madera puede usarse en dispositivos energéticamente eficientes y eléctricos, que son partes indispensables de nuestras vidas.
Para construir dispositivos como sensores, electrónica flexible y dispositivos de almacenamiento de energía, necesitamos materiales baratos y de fácil disponibilidad que sean fáciles de fabricar. Tradicionalmente, los plásticos han cumplido ese papel, pero estos materiales no biodegradables persisten en el medio ambiente durante cientos de años y también son dañinos para el ecosistema.
“En la actualidad, el plástico está en todas partes, incluidos los dispositivos que llevamos. Y es un problema cuando llega al fin de vida de ese dispositivo. No es biodegradable. Así que me pregunté, ¿qué pasaría si pudiéramos crear algo que sea natural y biodegradable en su lugar?”
– Baruah
Con el objetivo de encontrar alternativas más baratas, fácilmente disponibles y fáciles de fabricar en dispositivos electrónicos, los investigadores naturalmente miraron a la madera.
En el estudio más reciente, los investigadores impregnaron la madera delignificada (DW) con un polímero biocompatible y biodegradable para crear madera transparente (TW). Estos polímeros naturales añadieron flexibilidad a la madera transparente.
Mientras tanto, la incorporación de nanohilos de plata (AgNWs) le introdujo conductividad eléctrica al TW. La madera modificada (MW), según los investigadores, “tendría un tremendo potencial en optoelectrónica, almacenamiento de energía y dispositivos biomédicos”.
Este material innovador puede revolucionar industrias al proporcionar un sustituto ecológico de los plásticos en productos como pantallas de smartphones y ventanas energéticamente eficientes. Dadas sus prometedoras propiedades, se podrían esperar aplicaciones comerciales dentro de los próximos 3 a 5 años.
Expanding Transparent Wood’s Uses by Enabling Conductivity
Las maderas transparentes, aunque ya están en desarrollo desde hace años, todavía utilizan plástico, una forma de él (epoxis) para reforzarlas. Así, Baruah tuvo que encontrar materiales naturales para mantener la madera resistente y estable con el tiempo.
Financiado por KSU y el fabricante de filtración de aire Purafil, en el estudio más reciente, Baruah utilizó madera de balsa y extrajo su lignina y hemicelulosa. La eliminación se realizó mediante una cámara de vacío y productos químicos, incluidos blanqueador diluido, hidróxido de sodio (una forma de lejía) y sulfito de sodio, que es un agente delignificante.
Ahora, para rellenar los poros, se sumergió en una mezcla de clara de huevo y extracto de arroz. También se utilizó un agente curador llamado dietilentriamina para asegurar que el material permaneciera translúcido.
Debido a que estos reactivos se usaron en pequeñas cantidades aquí, los investigadores afirman que representan poco peligro para el medio ambiente. Algunos agentes curadores, especialmente los usados con resinas epoxi, pueden representar amenazas medioambientales debido a su toxicidad, y cuando no se disponen adecuadamente, pueden potencialmente contaminar. Al final, quedaron rebanadas semitransparentes de madera flexibles y duraderas.
El siguiente paso fue explorar posibles aplicaciones para esta madera diseñada. Uno de los casos de uso investigados fue el reemplazo de ventanas de vidrio.
Para ello, Baruah primero renovó una casa de pájaros convirtiéndola en un pequeño hogar aislado con una ventana. Luego, para probar su eficiencia energética, la casa de pájaros se colocó bajo una lámpara de calor con un termómetro dentro.
Al usar la madera transparente, el equipo encontró que la temperatura dentro de la pequeña casa era entre 5 y 6 grados Celsius (o 9 a 11 grados Fahrenheit) más baja que cuando se utilizó vidrio. Esto sugiere la utilidad del nuevo material como una alternativa energéticamente eficiente al vidrio en ventanas.
El equipo luego incluyó nanohilos de plata en algunas muestras para ampliar las posibles aplicaciones del TW. La adición de nanohilos de plata permitió que la madera, un pobre conductor de electricidad, condujera electricidad. Esta propiedad hace que la madera modificada sea útil para recubrimientos de células solares o sensores portátiles.
Aunque los nanohilos de plata no pueden ser descompuestos por organismos vivos como bacterias, el equipo planea realizar más experimentos usando materiales conductores como el grafeno para mantener la total naturalidad de sus maderas transparentes.
El trabajo aquí no ha terminado, sin embargo, ya que se requiere más investigación para mejorar la transparencia de las maderas. No obstante, el equipo está entusiasmado con su logro inicial, que es el uso de materiales naturales y económicos.
“Quiero enviar un mensaje a mis estudiantes de pregrado de que pueden hacer investigaciones interesantes sin gastar miles de dólares.”
– Baruah
Nippon Paper Industries Co., Ltd.
Líder en el desarrollo de materiales avanzados a base de madera, Nippon Paper está explorando alternativas sostenibles a los plásticos tradicionales.
Uno de sus productos ecológicos incluye Non-Aluminum FUJIPAK, un cartón de bebida que puede almacenarse durante un período prolongado a temperatura ambiente. En lugar de usar aluminio como capa de barrera, utiliza material de biomasa renovable, como cartón recubierto con película de barrera. Al seguir la misma ruta que los cartones de leche para su recolección, se proyecta que su tasa de reciclaje mejore. Además, eliminar el aluminio facilita el procesamiento del polietileno después de la recuperación de la fibra de celulosa.
El otro producto es School POP®, un cartón sin pajilla que reduce los plásticos de un solo uso en la vida cotidiana. Según Nippon, el producto puede ayudar a crear conciencia ambiental desde una edad temprana. Fue desarrollado para la leche escolar y contribuye a la prevención de pérdidas de alimentos.
SPOPS® es otro producto de Nippon que reemplaza la “recarga” del champú por la “sustitución”. Según la compañía, el tiempo de recarga se reduce hasta en un 75 % con SPOPS®, que implica retirar la bomba, reemplazar el cartucho e insertar la bomba.
El uso del papel como material principal, mientras tanto, reduce el uso de plástico entre un 25 % y un 40 %, haciéndolo tanto “amigable para el usuario” como “amigable para el medio ambiente”. A pesar de ser un producto de papel, ofrece alta funcionalidad ya que SPOPS® puede manejar una variedad de líquidos como alcohol de alta concentración y surfactantes.
Hace unos meses, Nippon anunció la expansión de su negocio SPOPS al mercado de Corea del Sur en asociación con la marca de estilo de vida NOTRAC Inc. bajo la marca “ECOJE”.
Luego están los materiales de embalaje ecológicos llamados SHIELDPLUS® que utilizan una “tecnología de recubrimiento acuoso de fabricación de papel” para un material 100 % leñoso, nanofibras de celulosa (CNF) llamadas Cellenpia® que se crean usando tecnología que descompone la fibra de celulosa a niveles extremadamente pequeños (nano), MinerPa® con moldeabilidad única de pulpa y diversas funciones inorgánicas, papel sellable por calor Lamina® que puede usarse para embalaje sin laminación, y su cartón multifuncional base papel Waterproof Liner.
Nippon también es un fabricante de lignina que desarrolla productos aprovechando sus excelentes propiedades. La dispersibilidad, la tendencia a apelmazarse y las propiedades quelantes de los productos de lignina los hacen ampliamente utilizables en campos industriales.
Además de estos esfuerzos sostenibles, la empresa con sede en Japón, Nippon Paper Industries, fabrica y vende productos de papel a través de diferentes segmentos, incluidos Papel y Pulpa, Relacionados con el Papel, Productos de Madera, Relacionados con la Construcción y otros.
Al momento de escribir esto, las acciones de la compañía cotizan a $7.96, con una relación P/E de 3.75 y una relación Precio‑Ventas de 0.10. Paga un rendimiento de dividendo del 0.95 %.
Para el tercer trimestre del año financiero 2025, Nippon informó un aumento del 1.3 % en ventas netas a 886.3 mil millones de yenes ($5.9 mil millones) a pesar de una disminución en la demanda de papel gráfico. Esto se debió al crecimiento en ventas de papel doméstico, productos de salud y químicos. El ingreso operativo también aumentó un 9.2 % interanual a 11.1 mil millones de yenes ($74.2 millones) gracias al fuerte desempeño en el Negocio de Energía.
El volumen de ventas domésticas de papel y cartón de Nippon disminuyó debido a la demanda lenta, al igual que las ganancias, a pesar del precio estable de combustibles como el carbón. Esto se debió a un aumento en los costos laborales y logísticos.
La compañía también informó que fortaleció la competitividad de sus productos de biomasa mediante la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en la planta de Ishinomaki. La reducción significativa fue el resultado del cierre de la caldera de carbón y la instalación de una caldera de recuperación de licor negro de alta eficiencia.
Conclusion
En el mundo del almacenamiento de energía y la electrónica, se necesita materiales baratos y sostenibles. El plástico, como todos sabemos, aunque es muy valioso por ser ligero, moldeable y un buen aislante, no es biodegradable y plantea problemas ambientales y de salud significativos.
Aquí, la madera ofrece una solución natural, barata, sostenible y que fija carbono. Los investigadores la han mejorado aún más mediante modificaciones. La madera transparente resultante marca un gran paso hacia materiales sostenibles para la electrónica y el almacenamiento de energía. La investigación más reciente la lleva aún más lejos al usar materiales naturales como claras de huevo y extracto de arroz, demostrando una innovación de vanguardia que promete aplicaciones cotidianas sin sacrificar nuestro medio ambiente.
A medida que la investigación sobre la madera transparente avanza y se implementa en el mundo real, puede redefinir el futuro de la electrónica y el almacenamiento de energía al hacerlo de alta tecnología y responsable con el medio ambiente.
Studies Referenced:
1. Montanari, C., Ogawa, Y., Olsén, P., & Berglund, L. A. (2021). High performance, fully bio-based, and optically transparent wood biocomposites. Advanced Science. https://doi.org/10.1002/advs.202100559
2. Li, T., Zhai, Y., He, S., Gan, W., Wei, Z., Heidarinejad, M., Dalgo, D., Mi, R., Zhao, X., Song, J., Dai, J., Chen, C., Aili, A., Vellore, A., Martini, A., Yang, R., Srebric, J., Yin, X., & Hu, L. (2019). A radiative cooling structural material. Science, 364(6442), 760–763. https://doi.org/10.1126/science.aau9101
3. Rai, R., Ranjan, R., & Dhar, P. (2022, July 22). Life cycle assessment of transparent wood production using emerging technologies and strategic scale-up framework. Science of The Total Environment, 846, 157301. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157301
