Más de tres décadas estudiando las propiedades del carbono han convertido al profesor Juan Matos Lale en uno de los investigadores más destacados de América Latina y el mundo. Hablamos con él sobre su trayectoria y los proyectos que actualmente adelanta con la dirección de Laboratorios del SGC.

Estudiar Química nunca fue la primera opción del Dr. Juan Matos, pero esta ciencia halló la forma de captar su interés, activar su curiosidad y juntarlo con las personas indicadas, en los momentos precisos, para darle forma a un conocimiento que lleva décadas expandiéndose y sumando proyectos revolucionarios en la investigación del carbono y sus múltiples posibilidades.

Más de treinta años de experiencia en este campo de estudio le han valido numerosos reconocimientos —entre ellos el de la World’s Top 2% Scientists List durante tres años consecutivos— y le han permitido ocupar cargos destacados en organizaciones como la Asociación Chilena de Materiales de Carbono, la  Federación Latinoamericana de Carbono (de las cuales es cofundador) y la Red Franco-Chilena de Valorización de Biochar para su Aplicación en Energía y Remediación Ambiental.

El Dr. Matos, quien actualmente es profesor titular y académico senior del Instituto Iberoamericano de Desarrollo Sostenible de la Universidad Autónoma de Chile, visitó Colombia recientemente para construir un plan de trabajo con el equipo de la dirección de Laboratorios del SGC. Esta iniciativa será determinante en el fortalecimiento de la línea de investigación dedicada a las nuevas aplicaciones tecnológicas del carbón. 

Conversamos con él para conocer un poco más sobre su trabajo y el potencial científico que ha encontrado en nuestro país.

¿Cómo y por qué decide enfocarse en el estudio del carbono? ¿Por qué ese elemento en particular?

A mí me llamaba mucho la atención el carbono porque siempre he pensado que lo más compatible que existe con respecto a nosotros, los seres humanos, es ese elemento. 

Somos carbono y agua, prácticamente, entonces siempre me daba cuenta de que este tenía una ventaja por encima de los otros compuestos. En mi tesis doctoral lo llamaba algo así como “multifuncionalidad de los carbonos”. 

Yo puedo hacer carbonos más anchos, menos anchos, laminares, en esferas, en tubos. De las estructuras nanoscópicas o nanométricas de los materiales, la más excitante, la más variada son los carbonos porque tienen distintas formas, tamaños, propiedades eléctricas diferentes. Unos pueden ser conductores, otros semiconductores. Puedo tener cosas que adsorban o remuevan tanta cantidad de contaminantes, que no lo creerías. 

Entonces, cuando tienes algo que es muy poroso, tienes muchas ventajas en distintas áreas de la química. Si quieres convertir moléculas, hacer catálisis, reacciones químicas y no hay absorción, las reacciones son lentas. Esta propiedad del carbono me permitía hacer reacciones más rápidas (...). La historia de por qué carbono es porque realmente siempre he creído que es el elemento fundamental de la vida, además del agua. 

Además de sus roles directivos en organizaciones como la Asociación Chilena de Materiales de Carbono y la Federación Latinoamericana de Carbono, el que hoy desempeña dentro del Grupo de Nanomateriales Inteligentes (Smart NanoMat), en la Universidad Autónoma de Chile, también tiene un lugar destacable. Cuéntenos un poco sobre lo que hacen. 

Realmente nació porque, con el tiempo, descubrimos que podemos modular materiales a base de carbono, diseñarlos casi a la medida, como si fueran un traje. A los materiales que se diseñan para que den una respuesta específica a un estímulo, se les llama materiales inteligentes. Entonces yo puedo dar un pequeño estímulo eléctrico, y a lo mejor tú en la punta llevas una droga, y esta droga la inyectas en cierta parte del cuerpo y, con un pequeño estímulo eléctrico, liberas la droga y atacas un cáncer, un tumor.

Podemos hacer sistemas inteligentes que sepan conducir un fármaco, liberar la carga y es una manera menos invasiva, mucho más puntual de tratar cierto tipo de cáncer o tumor, que la quimioterapia o la radioterapia. 

Podemos diseñar también un carbono que, por ejemplo, cuando lo sometes a irradiación con luz, te genera un dispositivo cerrado de circuito de corriente, una ventana óptica. Entonces llegas a tu casa y, en vez de conectar el celular al enchufe tradicional, lo enchufas a la ventana y lo tienes todo el día cogiendo luz solar en la ventana, y toda la luz solar se está transformando en energía eléctrica (...). Esto se llama “ventanas ópticas”. Entonces estas ventanas fotovoltaicas cuánticas son a base de materiales que tienen sensibilizadores, y muchos de estos sensibilizadores son compuestos de carbono. 

El tercer ejemplo es que lo puedo poner en un sistema de recirculación y limpiar el agua, desinfectarla mucho más rápido que con cualquier otro tipo de sistema. También podemos diseñarlo específicamente para cultivos y adsorber o remover contaminantes del suelo como metales pesados o residuos de plaguicidas y herbicidas; y además, ayudarte a que aumentes tu producción agrícola de forma sustentable y bioinerte. Como te digo, no hay nada más compatible con nosotros que un material de carbono. 

¿Otros ejemplos que quisiera destacar? 

Podemos hacer materiales nanométricos con los que podemos, de forma muy controlada, enmascarar, confinar —algunos le llaman embeber— cierto tipo de sustancias que pueden ser muy nocivas. Por ejemplo, siempre es un problema tratar de eliminar los residuos radiactivos, entonces hay una tendencia a volverlos lo más pasivos posibles (...) estas espumas de carbono pueden inmovilizar residuos de combustibles nucleares o los residuos de reactores nucleares. De alguna manera, quedan embebidos, confinados, y luego los puedes poner en cierto tipo de envase, mucho más estable que tenerlo ahí guardado en tambores subterráneos o en cajas. Los carbonos evitan una buena porción de salida de la radiación. Una de las grandes propiedades de los materiales de carbón es justamente eso: son buenos absorbedores no solo de fotones, sino de cualquier tipo de radiación. Eso es un gran ejemplo también, que no se ha trabajado mucho, pero que se puede lograr. 

El carbón tiene infinitas capacidades de producción. Hoy en día estamos haciendo materiales por impresión 3D de carbono, que tienen infinitas aplicaciones: son ultralivianos, resistentes mecánicamente, una maravilla. 

Usted y su equipo tienen un claro compromiso con los Objetivos de Desarrollo Sostenible. ¿Cuáles son los retos que ha supuesto trabajar con métodos más amigables con el planeta?

Muchas veces la gente cree que, como no trabajamos con moléculas complejas y con solventes orgánicos muy sofisticados, nuestra química puede ser poco atractiva. Yo creo que es mucho más difícil tratar de sintetizar algo muy valioso solo usando agua, que usando cualquier otro compuesto que pueda contaminar el planeta. Yo procuro trabajar por y para el planeta. 

En la medida en que trabajemos para el prójimo, nos va a ir bien. Si se puede, de alguna manera, mitigar parte del daño que se ha hecho en los últimos cien años de química industrial muy sofisticada, pero muy descontrolada, así como una serie enorme de procesos industriales que no tomaron control de la contaminación, estamos en la obligación moral de hacer una química más limpia, más ecoamigable, dentro de los principios de la química verde y los del desarrollo sostenible. Esto pasa por reciclar, mejorar, hacer lo que llamamos “economía de átomos”, reacciones con menos pasos que involucren menos reactivos. 

Cada vez que hacemos esto, estamos evitando la contaminación. Yo puedo hacer reacciones mucho más rápidas y más directas usando cierto tipo de solventes, pero prefiero no usarlos por su alto grado de toxicidad y, sobre todo, porque cuando están gastados, el manejo de esos desechos ambientales es sumamente complicado (...). Entonces ese es el reto al que nos hemos visto enfrentados: cómo llego de A a B, pero de una forma limpia. Porque sabíamos cómo llegar muy rápido, pero de una forma sucia. Ahora tenemos que llegar a B sin dañar lo que está en el medio. 

Ese es el reto del desarrollo sostenible. Y además, cuando tú logras pensar eso así, sabes que vas a poder dar productos que mejoren la capacidad de alimentación de la gente más vulnerable; vamos a poder producir materiales aislantes términos, antifúngicos, flexibles, que van a permitir a la gente de escasos recursos tener acceso a viviendas sociales de mucha mejor calidad. Cuando construyes un panel que retiene bien el calor en tu casita, no tienes que prender tanto el calentador. Baja el consumo eléctrico, bajan las emisiones.

Obviamente, si tenemos sistemas de depuración de agua más eficientes, gastamos menos agua, gastamos menos energía. Se verá el efecto a mediano o largo plazo, o al menos vamos a poder mitigar una parte del drama que estamos viviendo hoy en día, que tiene que ver con el calentamiento global.

¿Por qué cree que es importante que un país como Colombia dedique más esfuerzos al estudio y a la aplicación de los nanocarbonos? 

Colombia es un país que tiene un potencial enorme para desarrollar investigación científica muy profunda y de alto nivel. Eso lo demuestran los diversos grupos de investigación que hay en el país. 

Colombia tiene reservas estratégicas de carbón mineral. Y claro, el carbón mineral es un producto que cuando se quema, genera mucha toxicidad, microparticulados, emisiones de CO₂. Entonces cada vez hay menos consumo de CO₂ dentro de la matriz energética mundial, pero no podemos cerrar los ojos; esas reservas están ahí. Además de tener carbón, tienen otros componentes que las hacen muy valiosas, entonces lo que necesitamos hacer no es olvidarnos de que tenemos esas reservas, sino que desde estas podemos generar otros productos de mayor valor agregado como fibras de carbono, por ejemplo, o incluso recuperar ciertos metales estratégicos a base de elementos actínidos y lantánidos. 

El asunto está en cómo convertir ese carbón mineral en productos de valor agregado, pero hacerlo de forma limpia (...). Es aquí donde entro yo, colaborando con los grupos de investigación del Servicio Geológico Colombiano. Hemos desarrollado una estrategia, un mapa. Ya tenemos un buen esquema de trabajo que vamos a desarrollar en los próximos meses. Vamos a llegar a B de forma limpia por diversas rutas: las que yo suelo manejar, con mi tecnología, y también otras que identifiqué con la institución (el SGC).

El Servicio es una de las instituciones mejor dotadas en equipamiento e infraestructura que yo haya podido ver en América Latina y buena parte del mundo. Entonces tiene la capacidad técnica y profesional para poder convertirse, sin lugar a duda, en uno de los mejores institutos de investigación de América Latina y con el tiempo, quizá, incluso resaltará a nivel mundial (...). Nosotros ya hemos organizado seis líneas estratégicas que se pueden desarrollar en el Servicio Geológico y, dentro de esas seis líneas, una enorme variedad de proyectos, todos incluso transversales, que se comunican entre ellos. 

Veo un enorme potencial, y lo importante es que nos hemos comenzado a organizar, incorporando profesores de la Universidad Nacional, porque nadie llega solo a ningún lugar cuando colabora con  amigos y buenos colegas. Me vine muy feliz con los grupos de investigación con los que interactué y quedaron muy felices también con mis aportes y mi participación. 

Ha mencionado en anteriores ocasiones que dos de los retos más grandes cuando se habla de los usos alternativos del carbón tienen que ver con el tratamiento del agua y la producción de energías limpias. ¿Cómo generar métodos realmente eficientes para que eso pase? ¿Cómo ve usted el papel de investigadores en esta tarea?

Lo primero es sumar al equipo a las personas que realmente sientan vocación por hacer ciencia y sumar a su país (...). 

Y sí, en efecto el primer reto es el agua porque la energía, dentro de todo, tiene cierto nivel de solución hoy en día; pero el problema del agua se agravará en los próximos años probablemente. Entonces el tema es esencial para la supervivencia de muchas poblaciones, no solo en Colombia sino en muchos otros países. 

Conozco un poco del caso de la alta salinidad de los pozos de agua donde las comunidades de La Guajira toman agua, y esto genera problemas de salud severos. Por eso queremos  aportar metodologías para resolver el problema de la alta salinidad en las aguas de La Guajira y,  al mismo tiempo, generar un producto que va a poder emplearse en lo que se conoce como almacenamiento de energía eléctrica.

Ese producto lo podemos poner en otra de las líneas que hemos identificado, que son los capacitores electroquímicos, entonces podemos almacenar energía. Además, tenemos otra serie de proyectos que tienen que ver con la recuperación estratégica de metales, y sobre todo también la eliminación de pesticidas, plaguicidas, moléculas orgánicas de típico uso de la agroindustria que evidentemente contaminan las aguas (...). Esa es nuestra misión: contribuir a resolver este tipo de problemas.