Coste del aerogel

Tipos de costo de los aerogeles

Los aerogeles son materiales altamente porosos que están compuestos principalmente por aire, producidos a partir de un gel líquido con casi todo su líquido reemplazado por gas. Este complejo proceso de producción da como resultado un alto **costo de los aerogeles**, lo que puede ser un obstáculo para su uso generalizado. Debido a sus propiedades únicas, como la baja conductividad térmica, la alta transparencia y la resistencia al fuego, se han creado diferentes tipos de aerogeles, cada uno con sus usos y costos.

• Aerogel de sílice

  El aerogel de sílice, el aerogel más común y conocido, es un aislante térmico extremadamente ligero y eficiente formado por el reemplazo del líquido de un gel de sílice por gas. Los aerogeles de sílice a menudo se comercializan como "humo congelado" debido a sus cualidades translúcidas y su baja densidad. Este material se puede utilizar en aplicaciones de aislamiento térmico, productos LED, evaporación de petróleo, separación de gases, craqueo catalítico y adsorción de productos químicos en la industria ambiental. El costo del aerogel de sílice tiende a ser más bajo en el espectro, considerando todos los tipos. Sin embargo, las opciones de sílice de bajo costo pueden ser eficientes solo en áreas con aplicaciones verticales rectas.

• Aerogel de sílice modificado

  Un aerogel de sílice cuyos productos químicos adicionales alteran sus propiedades se conoce como aerogel de sílice funcionalizado. Las nuevas características que ofrece la modificación química amplían la aplicabilidad de los aerogeles de sílice modificados en el campo de la fotónica, la catálisis, la remediación ambiental y la administración de fármacos. El costo generalmente será más alto que el de la sílice estándar debido a los procesos adicionales involucrados en la modificación química.

• Aerogel orgánico

  Los aerogeles orgánicos están hechos de materiales poliméricos orgánicos, como resinas fenólicas o carbono. El material orgánico reemplaza el líquido dentro del gel, formando una estructura altamente porosa. Este tipo de material es ideal para absorber derrames de petróleo u otros líquidos orgánicos, pero generalmente tiene un precio más alto.

• Aerogel de carbono

  Los aerogeles de carbono son materiales únicos hechos de aproximadamente 99,8% de aire y tienen una red tridimensional de filamentos de carbono de tamaño nanométrico. Se pueden producir en diferentes densidades y porosidades, lo que proporciona una amplia gama de aplicaciones, incluidos supercondensadores, sensores, catálisis y administración de fármacos. A pesar de sus propiedades únicas y sus amplias aplicaciones, los aerogeles de carbono son reconocidos por su precio relativamente caro. Esto se debe a su proceso de producción distintivo y las características notables que ofrecen.

Especificaciones y mantenimiento del aerogel

Especificaciones

• Composición

  Los aerogeles suelen constar de sílice (SiO2), carbono, óxidos metálicos u otros compuestos poliméricos. Las propiedades químicas dependen de la composición, influyendo en la estabilidad y la reactividad.

• Densidad

  Los aerogeles tienen densidades variables, típicamente entre 0,001 y 0,5 g/cm3. Cuanto menor es la densidad, más poros tiene el material, lo que da como resultado una menor masa y una mayor agilidad.

• Grosor

  El grosor del aerogel puede variar según los requisitos de la aplicación y las técnicas de preparación del material. Varía de varios nanómetros a varios milímetros. Los aerogeles más delgados exhiben un mejor aislamiento térmico, mientras que los más gruesos ofrecen una mayor estabilidad mecánica.

• Tamaño de los poros

  Los aerogeles se caracterizan por poros de tamaño nanométrico. El tamaño de los poros afecta la permeabilidad, la porosidad y la conductividad térmica del material.

• Área de superficie

  Los aerogeles suelen tener áreas de superficie grandes, lo que influye en sus propiedades de adsorción. Las áreas de superficie más altas permiten una mejor capacidad de adsorción y una mayor reactividad.

• Conductividad térmica

  Los aerogeles se encuentran entre los materiales con la conductividad térmica más baja, lo que los convierte en excelentes aislantes. Su conductividad térmica puede ser tan baja como 0,01 W/m·K.

• Propiedades mecánicas

  Las propiedades mecánicas de los aerogeles varían según su composición y métodos de preparación. Generalmente tienen baja rigidez, alta flexibilidad y baja resistencia a la compresión. Sin embargo, algunos composites de sílice/aerogel exhiben una mayor resistencia mecánica.

Mantenimiento

Los aerogeles requieren un mantenimiento cuidadoso a pesar de su excelente rendimiento. Aquí hay algunos consejos útiles para mantener los aerogeles:

• Evite las fuerzas externas:

  Los materiales de aerogel son muy frágiles y vulnerables a las fuerzas externas. Trate de evitar impactos externos, apretones y otras acciones para reducir el riesgo de rotura y daño al aerogel.

• Evite las altas temperaturas y la llama abierta:

  Algunos aerogeles son inflamables. Incluso si no son inflamables, las altas temperaturas pueden causar cambios en su rendimiento. Por lo tanto, evite la exposición a altas temperaturas y llamas abiertas, lo que puede dañar o degradar la calidad del material.

• Evite la humedad y los ambientes húmedos:

  Los aerogeles son esponjosos y tienen alta permeabilidad. Por lo tanto, evite la inmersión en líquidos o la exposición a ambientes húmedos. Si el aerogel está mojado, séquelo lo antes posible para evitar el moho y los daños.

Escenarios de uso de los aerogeles

Debido a sus propiedades únicas, existen muchos escenarios de uso de los aerogeles en diversas industrias como la energía, la aeroespacial, la farmacéutica, la automotriz, la construcción, la militar, etc.

• Como aislantes térmicos: Se utilizan ampliamente para proporcionar aislamiento en diversas industrias como oleoductos y gasoductos, refrigeradores, naves espaciales, etc. Los aerogeles de sílice se utilizan principalmente para el aislamiento térmico. Por ejemplo, en la industria espacial, los aerogeles de sílice se utilizaron en la nave espacial Stardust para recolectar partículas de cometas y en el Mars Rover para aislar los equipos que deben mantenerse a una cierta temperatura.
• Como materiales de limpieza de derrames de petróleo: El aerogel de sílice nanoporo se utiliza para absorber petróleo. Pueden absorber petróleo en un rango de alrededor de 20–500 mL/g. Una de sus mayores ventajas es que pueden absorber selectivamente el petróleo del agua.
• Como soporte de catalizador: Varias reacciones químicas, como la pirólisis, la hidrogenación, la oxidación, etc., se pueden acelerar con la ayuda de aerogeles que actúan como soporte de catalizador. Debido a su alta área de superficie, los componentes activos de los catalizadores pueden extenderse sobre un área grande.
• Como electrodo de supercondensador: Los electrodos de supercondensador pueden tener un excelente rendimiento gracias a los aerogeles de carbono. Dicho rendimiento se caracteriza por una buena conductividad eléctrica y un área de superficie alta.
• Como portadores de fármacos: Los fármacos se pueden administrar de forma controlada con la ayuda de aerogeles. También se pueden utilizar para encapsular productos farmacéuticos. Además, su pequeño tamaño los hace adecuados para aplicaciones de nanomedicina.

Cómo elegir el costo del aerogel

Varios parámetros influyen en el precio de los aerogeles, como el tipo de producto, la industria de uso final, las restricciones de oferta y demanda, y el proceso de fabricación.

Entre los muchos factores decisivos, el tipo de producto es importante, ya que los diferentes aerogeles tienen propiedades y aplicaciones distintas. Algunos requieren condiciones especiales de síntesis y, por lo tanto, son más caros que otros.

La posición de oferta y demanda es otro factor clave para decidir el costo. Si la demanda de aerogeles en algunas industrias de uso final aumenta, impacta la oferta y el precio. Por ejemplo, la industria del petróleo y el gas experimentó un aumento en la demanda de aerogeles de sílice para aislamiento térmico de alto rendimiento en 2022, lo que impactó directamente los precios.

El proceso de fabricación utilizado también influye en el costo de los aerogeles. El método de secado supercrítico sigue siendo el proceso tecnológico más común adoptado para sintetizar aerogeles a nivel mundial. Sin embargo, otros métodos como el secado a presión ambiente, el intercambio de solventes y el secado supercrítico utilizan diferentes matrices fluidas para la síntesis, lo que impacta el precio del producto final.

Muchas características de la microestructura también influyen en el precio final del producto, como la distribución del tamaño de los poros, el área de superficie específica y la porosidad. Un área de superficie y una porosidad grandes también aumentan el precio del producto. Por ejemplo, el área de superficie específica del aerogel de sílice puede variar de 500 a 1000 m2/g según su uso, lo que hace que estos productos sean más caros.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Cuál es el futuro de la tecnología de los aerogeles?

A1: El futuro de la tecnología de los aerogeles es prometedor, con investigación y desarrollo en curso que exploran nuevos materiales, métodos de producción y aplicaciones. Esto incluye la expansión a mercados emergentes como la construcción, la energía y las tecnologías ambientales.

P2: ¿Cómo se puede determinar el tipo correcto de aerogel para una aplicación específica?

A2: Se deben considerar los requisitos de la aplicación, como la resistencia a la temperatura, la resistencia mecánica y la transparencia. También puede valer la pena consultar a un experto en aerogeles o a un científico de materiales para elegir el material adecuado para la aplicación.

P3: ¿Existen opciones de descuento por volumen para compradores comerciales de aerogel?

A3: Muchos proveedores ofrecen descuentos por volumen para compradores comerciales de aerogel. Es mejor comunicarse con ellos directamente para discutir los requisitos del proyecto y negociar precios y descuentos.

P4: ¿Cuáles son algunos de los desafíos de usar el aerogel como material en la construcción?

A4: Algunos desafíos de usar el aerogel en la construcción incluyen consideraciones de costo, conciencia limitada del material entre los profesionales de la construcción, integración en los códigos y prácticas de construcción existentes, y la necesidad de datos de rendimiento a largo plazo para establecer confianza en su durabilidad y efectividad.

P5: ¿El costo del aerogel varía según su tipo?

A5: Sí, el costo del aerogel varía según el tipo, como el aerogel de sílice, el aerogel a base de polímero o el peso del carbono. Factores como la composición del material, el proceso de producción y las propiedades específicas contribuyen a las diferencias de precio.