Una muestra de LionGlass, un nuevo tipo de vidrio desarrollado por científicos de Penn State que requiere significativamente menos energía para producir y es mucho más resistente al daño que el vidrio de silicato de cal sodada estándar. Fuente: Adrienne Berard/Penn State. comunes creativos
A nivel mundial, la producción de vidrio produce al menos 86 millones de toneladas de dióxido de carbono cada año. Un nuevo tipo de vidrio promete reducir esa huella de carbono a la mitad. La invención, llamada LionGlass y desarrollada por científicos de Penn State, requiere significativamente menos energía para producir y es mucho más resistente al daño que el vidrio de silicato de cal sodada estándar. El equipo de investigación presentó recientemente una solicitud de patente como primer paso para llevar el producto al mercado.
“Nuestro objetivo es hacer que la producción de vidrio sea sostenible a largo plazo”, dijo John Mauro, profesor Dorothy Pate Enright de ciencia de los materiales en Penn State e investigador principal del proyecto. “LionGlass elimina el uso de materiales de alimentación que contienen carbono y reduce significativamente el punto de fusión del vidrio”.
Comúnmente utilizado en artículos cotidianos, desde ventanas hasta vajillas de vidrio, el vidrio de silicato de cal sodada se fabrica fundiendo tres materiales básicos: arena de cuarzo, ceniza de sosa y piedra caliza. El carbonato de sodio es carbonato de sodio y la piedra caliza es carbonato de calcio, los cuales liberan dióxido de carbono (CO2), un gas de efecto invernadero que atrapa el calor, a medida que se derriten.
“Durante el proceso de fusión del vidrio, los carbonatos se descomponen en óxidos y producen dióxido de carbono, que se libera a la atmósfera”, dijo Mauro.
Pero la mayoría de CO2 las emisiones provienen de la energía necesaria para calentar los hornos a las altas temperaturas necesarias para fundir el vidrio. Mauro explicó que el punto de fusión de LionGlass se reduce en alrededor de 300 a 400 grados centígrados, lo que lleva a una reducción de alrededor del 30 % en el consumo de energía en comparación con el vidrio sodocálcico convencional.
El vidrio LionGlass no solo es más ecológico, sino también mucho más resistente que el vidrio convencional. Los investigadores dijeron que se sorprendieron al descubrir que el nuevo vidrio, que lleva el nombre de la mascota Nittany Lion de Penn State, tiene una resistencia significativamente mayor a la rotura en comparación con el vidrio convencional.
Algunas de las composiciones de vidrio desarrolladas por el equipo tenían una resistencia tan alta a la rotura que el vidrio no se rompía ni siquiera bajo una carga de un kilogramo a través de un indentador de diamante Vickers. LionGlass es al menos 10 veces más resistente a la rotura en comparación con el vidrio sodocálcico estándar, que se agrieta bajo una carga de aproximadamente 0,1 kilogramos. Los investigadores explicaron que aún no se han encontrado los límites de LionGlass, ya que ha alcanzado la carga máxima permitida por el equipo de indentación.
“Aumentamos el peso de LionGlass hasta que alcanzamos la carga máxima que permitía el equipo”, dijo Nick Clark, investigador postdoctoral en el laboratorio de Mauro. “Simplemente no se rompería”.
Mauro explicó que la resistencia a la rotura es una de las características más importantes del vidrio, ya que es así como finalmente falla el material. Con el tiempo, se forman microfisuras en la superficie del vidrio, que se convierten en puntos débiles. Cuando un trozo de vidrio se rompe es por debilidades provocadas por microfisuras existentes. Agregó que el vidrio es particularmente valioso, ya que es principalmente resistente a las microfisuras.
“La resistencia al daño es una propiedad particularmente importante del vidrio”, dijo Mauro. “Piense en todas las formas en que confiamos en la resistencia del vidrio, en las industrias automotriz y electrónica, en arquitectura y en tecnologías de comunicación como los cables de fibra óptica. Incluso en el cuidado de la salud, las vacunas se almacenan en recipientes de vidrio fuertes y químicamente resistentes”.
Mauro espera que la mayor resistencia de LionGlass signifique que los productos fabricados con él sean más livianos. Debido a que LionGlass es 10 veces más resistente al daño que el vidrio actual, podría ser mucho más delgado.
“Deberíamos poder reducir el grosor y seguir obteniendo el mismo nivel de resistencia al daño”, dijo Mauro. “Si tenemos un producto más liviano, es incluso mejor para el medio ambiente porque usamos menos materias primas y usamos menos energía para fabricarlo. Incluso para el transporte, esto reduce la energía necesaria para transportar el vidrio, por lo que es una situación beneficiosa para todos”.
Mauro señala que el equipo de investigación todavía está evaluando el potencial de LionGlass. Han presentado una solicitud de patente para toda la familia de vidrio, lo que significa que hay muchas composiciones en la familia LionGlass, cada una con sus propias propiedades distintas y aplicaciones potenciales. Actualmente están en el proceso de exponer diferentes composiciones de LionGlass a una variedad de entornos químicos para estudiar cómo reacciona. Los resultados ayudarán al equipo a comprender mejor cómo se puede usar LionGlass a nivel mundial.
“Los seres humanos aprendieron a hacer vidrio hace más de 5000 años, y desde entonces ha sido fundamental para llevar a la civilización moderna a donde está hoy”, dijo Mauro. “Ahora estamos en un punto en el que lo necesitamos para ayudar a dar forma al futuro a medida que enfrentamos desafíos globales como problemas ambientales, energía renovable, eficiencia energética, atención médica y desarrollo urbano. Glass puede desempeñar un papel clave para abordar estos problemas y estamos listos para contribuir”.