Los nanotubos pueden utilizarse como catalizadores de varias formas. Una de ellas consiste en hacer pasar una corriente eléctrica a través de ellos, lo que les permite donar electrones a las moléculas que entran en contacto con los lugares de reacción. Este proceso de transferencia de electrones facilita las reacciones químicas y acelera su velocidad.
En cuanto a los procesos de producción, los nanotubos pueden sintetizarse mediante distintos métodos. Los métodos tradicionales incluyen la ablación por láser y la descarga de arco, pero el proceso comercial más común hoy en día es la deposición química en fase vapor (CVD). Los métodos CVD modificados utilizan monóxido de carbono como materia prima. Sin embargo, hay un campo emergente que se centra en la utilización de materias primas verdes o residuales para la producción de nanotubos. Por ejemplo, el dióxido de carbono capturado por electrólisis en sales fundidas puede utilizarse para producir nanotubos a partir de materias primas verdes. La pirólisis del metano, que es la descomposición térmica directa del metano en hidrógeno y negro de carbono sólido (incluidos los nanotubos), es otro método que utiliza residuos o subproductos de metano como materia prima.
La elección de la materia prima también puede afectar al proceso de síntesis. El metano y el etileno requieren hidrógeno durante la conversión térmica previa al dopaje en nanotubos de carbono. En cambio, el hidrógeno no desempeña un papel significativo en la síntesis de nanotubos mediante acetileno, salvo por su efecto reductor sobre el catalizador. Se ha observado que a concentraciones de hidrógeno relativamente bajas, el hidrógeno puede promover el crecimiento de nanotubos de carbono sintetizados mediante metano y etileno reduciendo el catalizador o participando en la reacción térmica. Además, la velocidad de crecimiento de los nanotubos sintetizados mediante etileno es superior a la de los sintetizados mediante acetileno, lo que sugiere un "mecanismo de formación similar a la polimerización."
Mantener un tiempo de residencia óptimo es crucial para lograr una tasa de crecimiento relativamente alta de los nanotubos. Un tiempo de residencia demasiado bajo puede impedir que se acumule una fuente de carbono suficiente, con el consiguiente desperdicio. Por el contrario, un tiempo de permanencia demasiado elevado puede limitar la reposición de la fuente de carbono y provocar la acumulación de subproductos no deseados.
Los nanotubos también tienen un gran potencial en las tecnologías ecológicas. Pueden utilizarse en aplicaciones como el hormigón, las películas y la electrónica, donde sus propiedades únicas ofrecen soluciones respetuosas con el medio ambiente. Sin embargo, el mercado estrella de los nanotubos en la tecnología verde son las baterías de iones de litio. A medida que los esfuerzos de descarbonización impulsan la electrificación del automóvil, los nanotubos desempeñan un papel fundamental como aditivos conductores en las baterías de iones de litio. Se utilizan principalmente en el cátodo como parte de la pasta conductora. La investigación también explora el uso de nanotubos en baterías de nueva generación, como las de litio-aire o litio-azufre, así como en ánodos de litio-metal.
A la hora de evaluar el impacto medioambiental de los nanotubos, es esencial compararlos con materiales alternativos. En el caso de los nanotubos de carbono como aditivos conductores, pueden compararse con el negro de carbono y el grafeno. El negro de carbón suele tener unas emisiones de CO2 por kilogramo superiores a las del grafeno y los nanotubos de carbono, así como unos requisitos de carga más elevados en los materiales compuestos. Además, los neumáticos reforzados con nanotubos han mostrado una menor liberación de nanopartículas en comparación con otros nanocarbonos, según un estudio de Michelin. El grafeno, por su parte, tiene sus propios retos en cuanto a eficiencia energética, necesidades de agua y uso de productos químicos agresivos en su método de producción, como el de Hummer.
En general, los nanotubos como catalizadores y sus aplicaciones en diversas industrias son muy prometedores para las tecnologías sostenibles y ecológicas.
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