El CSIC investiga el silicio de la lava de La Palma para elaborar microchips

El trabajo de laboratorio desarrollado por el Instituto de Micro y Nanotecnología del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) permite la posibilidad de purificar el silicio de las coladas, presente en un 20% de su composición, facilitando su utilización en un mercado en el que hoy escasea.

Uno de los científicos encargados de este estudio, José Luis Costa-Krämer, recalca que el material del volcán es un borosilicato, compuesto en un 40% de oxígeno y un 20% de silicio, siendo precisamente este segundo material el elemento fundamental para la elaboración de microchips que actualmente escasean, y que afecta, entre otros, a la fabricación de automóviles.

Costa-Krämer asegura que ahora se abre la posibilidad de «purificar» el silicio de la lava para su utilización en la micro y nanotecnología. Hace hincapié que para la ciencia «no hay residuos sino materia prima en el lugar equivocado», siendo esta una oportunidad aprovechable que, apunta el profesor, «depende de la voluntad», sin descartar además el uso de las cenizas para el sector de la construcción.

El investigador se refiere a que «es bien conocido que el silicio es, después del oxígeno, un material necesario», e incide en que el proceso de purificarlo permitiría generar más material para la industria semiconductora.

La utilización de este material en la elaboración de microchips vendría a dar solución a la tremenda escasez de semiconductores que vive todo el planeta y, en especial, Europa. La dependencia en los últimos tiempos de la región asiática en materia de microchips, entre los que se incluyen los fabricantes de automóviles, está siendo una de las principales causas de la actual crisis de escasez que vive el sector.

La pandemia por coronavirus, a la que se añade la actual crisis internacional, agudizó esta falta de semiconductores en general, pero que está sufriendo de forma importante el sector del automóvil, que ve de forma impotente como la producción de vehículos cae y, en consecuencia, las ventas y los tiempos de espera en la entrega. La Unión Europea ya avisó hace unos meses que llevaría adelante una nueva Ley Europea de Chips para que el continente se ponga a la altura de los asiáticos en lo que a producción y suministro se refiere de estos elementos.

La pandemia por coronavirus, a la que se añade la actual crisis internacional, agudizó esta falta de semiconductores en genera

Ante esa situación, Costa-Krämer recalca que los científicos intentan apuntar posibilidades e iniciativas. «Pensamos que, si lo que de verdad importa son las personas, pues se puede retirar y usar la lava que cubre las casas de La Palma», dedicándola a desarrollar esta industria.

Por eso, su propuesta se basa en realizar una inversión en una planta piloto o un parque tecnológico, «aprovechando que ahora se ha anunciado una inversión de 3.000 millones de euros para fabricar en España los chips semiconductores» destinados a esta industria del automóvil.

En el trabajo previo se centrarían en purificar y reutilizar el silicio presente y otros metales «que también que están declarados estratégicos para la descarbonización y la economía sostenible», señala. Pero también apunta a que depende de la voluntad política, ya que el silicio, «que es el material de la micro y nanotecnología y de la microelectrónica actual», se podría asimismo reutilizar, tanto para la construcción como para otras aplicaciones.

El científico del CSIC ve la oportunidad de dar respuesta a una demanda de hacer chips «y no depender tanto de Asia

El científico del CSIC ve la oportunidad de dar respuesta a una demanda de hacer chips «y no depender tanto de Asia, pues se podría reutilizar todo el material que ha escupido el volcán y de paso le quitamos la lava de los tejados a los palmeros», recalca.

Otra cosa sería la rentabilidad de la propuesta, refiriéndose a la necesidad de la iniciativa política, y al hecho de que el proceso «a lo mejor saldría más caro al principio», pero proporcionaría rentabilidad a medio y largo plazo.

Este estudio surge de lo que Costa-Krämer califica como «ciencia divertida» a los que se sumaron «una serie de eventos fortuitos», fruto de su trabajo con drones submarinos en proyectos que buscaban aprovechar el alga asiática que asola ahora las costas mediterráneas y que en 2020 se ha declarado una especie invasora.

Son diversos los organismos y empresas que están luchando para acabar con esta plaga, entre ellos la empresa Red Verde, que se dedica a utilizar elementos biológicos para materiales en la bioconstrucción. A través de esta colaboración es cuando el científico accedió a los fragmentos de lava que les hizo llegar la ONG de Geólogos del Mundo.

De esa manera, comenzó el estudio que lo que persigue es dar una perspectiva micro y nanotecnológica a la lava. Para ello, el microscopio electrónico, donde se analizó el material, es uno de los mejores del mundo y permite ver muestras aislantes eléctricamente sin tratamientos previos. Esto propicia ver «una estructura esponjosa a pocos aumentos, que es fruto de la solidificación del magma en el aire», apunta el científico.

Al ir creciendo hasta unos 100.000 aumentos, vieron ya una estructura «en la escala de manómetros, que es el tamaño de un puñado de átomos». Lo que pudieron apreciar fue «unos bosques de nanocristales sobre una superficie como cuarteada».

José Luis Costa-Krämer califica estos descubrimientos como «fascinantes», porque además ese material es responsable de las propiedades abrasivas de la lava, «razón por la cual los aviones no pueden volar encima de las erupciones», apunta, ya que estos cristales dañan las superficies metálicas y los motores.

La investigación permitió identificar todos los elementos químicos de la lava de la isla de La Palma, conociendo así su composición química para determinar su potencial de reaprovechamiento en la sociedad, aplicado a la bioconstrucción o la mineralización de suelos. La erupción del Tajogaite expulsó más de 159 millones de metros de cúbicos de lava. Este grupo de investigadores del Instituto de Micro y Nanotecnología del CSIC han llevado a cabo un análisis mediante técnicas de microscopía electrónica (Scanning Electron Microscopy) y difracción de rayos X (X Ray Diffraction) para obtener la morfología y composición química de la lava.

Composición

La lava está compuesta de oxígeno en un 42%, silicio en un 16%, hierro un 9%, carbono un 7%, calcio otro 7%, aluminio también en un 7%, sodio en un 5%, magnesio un 3%, titanio un 2%, y potasio un 1%.

La muestra de lava fue procesada con dos de las tecnologías más punteras disponibles en el Instituto de Micro y Nanotecnología: el microscopio electrónico de barrido FEI Verios 460 (SEM), uno de los más potentes de Europa, y el difractómetro de Rayos X de Bruker D8 Discover (XRD).

En un segundo análisis, la lava fue triturada para, mediante difracción de rayos X del polvo, obtener información de las fases cristalinas e identificar los compuestos químicos presentes, entre los que de manera preliminar destacan los diópsidos, augitas, forasteritas y perovskitas.

Los resultados obtenidos con la caracterización en la micro y nanoescala de la lava del volcán son complementarios a las técnicas de petrografía que usan los geólogos, poniendo así en valor la nanotecnología como eje transversal útil en todos los campos de la ciencia.

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