Cómo soportar la temperatura de la lava de un volcán: así son los supermateriales que aguantan más de 1.200ºC #favoryto

Es evidente que no vamos a descubrir nosotros la solución para contener el volcán de La Palma. Más evidente es aún que si existiera un material capaz de hacer que la lava no arrasase con todo a su paso por la isla canaria y los expertos pudieran colocarlo en el terreno se habrían tomado medidas.

Sin embargo, esta cuestión genera otras preguntas, como por ejemplo qué materiales existen en la naturaleza, si los hay, que puedan resistir las temperaturas de una colada. O si el ser humano ha creado algo capaz de soportar los más de 1.200ºC que puede alcanzar la lava de un volcán.

Tal y como indican desde el Instituto Geográfico Nacional (IGN), la lava es “el material fluido y caliente que el volcán puede arrojar al exterior de forma no explosiva”. Este tipo de erupción se caracteriza porque sale deslizándose por la acción de la gravedad por la ladera volcánica, pudiendo cubrir grandes extensiones.

Como decimos, cuando la lava sale a la superficie al entrar un volcán en erupción, la temperatura de esta puede variar entre los 800ºC y más de 1.200ºC. De hecho, los datos registrados por la misma institución indican que la temperatura del magma, la mezcla de materiales rocosos fundidos que puede contener partículas sólidas en suspensión y gases disueltos, depende de la temperatura inicial de fusión de la roca y del tiempo de ascenso hacia la superficie.

Así, la temperatura más elevada medida en un volcán ha alcanzado 1.170ºC, mientras que la más baja ha sido de unos 400ºC.

Como vemos, para que un material sea resistente a la lava volcánica este debe soportar temperaturas de hasta unos 1.200ºC, no obstante, cualquier cosa construida para la industria del acero fácilmente podría soportar ese calor.

Se llama punto de fusión al grado de temperatura en el cual la materia en estado sólido se funde, es decir, pasa al estado líquido. En la naturaleza existen materiales cuyo punto de fusión se encuentra por encima de la temperatura máxima registrada de la lava de un volcán. Algunos ejemplos:

Y estos son algunos ejemplos. Así, si bien la colada de un volcán está muy, pero que muy caliente, no está lo suficientemente caliente como para dejar convertido en líquido todo lo que toca. La lava no derrite todo.

En junio del pasado año, un grupo de científicos de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología MISIS (Rusia) hallaron la forma de construir el material más resistente al calor jamás creado por el hombre: el sistema triple de hafnio-carbono-nitrógeno, el carbonitruro de hafnio (Hf-CN).

Se trata, concretamente, de un material cerámico con el punto de fusión más alto entre los compuestos conocidos actualmente. Las pruebas mostraron que el nuevo compuesto resistía mejor el calor y tenía un punto de fusión más alto que el teórico con el que se había comparado. Es más, es tan alto que no se pudo determinar con precisión en el laboratorio porque a partir de temperaturas de 4.000 grados es difícil recrear los experimentos.

En el futuro, el equipo planea realizar experimentos para medir la temperatura de fusión mediante pirometría de alta temperatura utilizando un láser o resistencia eléctrica. También planean estudiar el rendimiento del carbonitruro de hafnio resultante en condiciones hipersónicas, lo que será relevante para su posterior aplicación en la industria aeroespacial.

También en Reino Unido se han hecho avances en este campo: a finales de 2020 un grupo de investigadores del Imperial College de Londres descubrió que los materiales de carburo de tántalo y carburo de hafnio pueden soportar temperaturas abrasadoras de casi 4.000 grados Celsius. Esta investigación se condujo para encontrar componentes que permitieran a las naves espaciales resistir el calor extremo generado al salir y volver a entrar en la atmósfera. Es decir: el descubrimiento allanaba el camino para nuevos tipos de escudos térmicos.

El carburo de tantalio (TaC) y el carburo de hafnio (HfC) son cerámicas refractarias, lo que significa que son extraordinariamente resistentes al calor. En particular, el equipo descubrió que el punto de fusión del carburo de hafnio es el más alto jamás registrado para un material.

Aunque no existe la tecnología disponible para probar el punto de fusión de TaC y HfC en el laboratorio y así determinar hasta qué umbral de entorno extremo podrían funcionar, los investigadores del estudio desarrollaron una nueva técnica de calentamiento utilizando láseres para probar la tolerancia al calor de estos materiales.

Descubrieron que el compuesto mixto se fundía a 3.905°C y, por sí solos, el TaC lo hacía a 3.768°C y el HfC a 3.958°C.

Ya forma parte de los vídeos habituales de Internet ver a algún laboratorio o equipo de investigadores probando qué ocurriría si vierten lava encima de algún material. Lo hacen en nombre de la ciencia y al menos como experimento curioso tiene su valor.

Hace un par de años, el canal de experimentos The Action Lab quiso descubrir qué ocurre cuando echas lava sobre aerogel, un ‘supermaterial’ que se considera el aislante térmico más potente conocido por el ser humano por su capacidad no solo de soportar sin problemas las altas temperaturas, sino que además es prácticamente incapaz de transmitir el calor que recibe. Esta imagen de una flor que se mantiene fresca sobre una lámina de aerogel bajo la llama de un soplete habla por sí sola:

El aerogel, además, se gana el apelativo de material porque tiene características bastante sorprendentes: de aspecto semitransparente y compuesto por entre un 90,5% y un 99,8% de aire, se le conoce como ‘humo sólido’ por su ligereza, aunque eso no le impide tener una resistencia espectacular, pudiendo soportar más de 1.000 veces su propio peso.

El equipo de The Action Lab quiso ir un paso más allá y probó a echar lava sobre esta sustancia. Los resultados, en este vídeo:

El aerogel no solo sobrevive al experimento, sino que lo tocan con el dedo sin que quemarse. Minutos después, cuando la superficie del resto de la lava se ha enfriado y está negra, el aerogel aún se ve al rojo vivo porque su capacidad de aislamiento mantiene la lava que hay bajo él caliente, pero nada de este calor se transmite a la superficie. No es de extrañar que la NASA trabaje con él para futuros usos en el espacio.

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