CZT: el material que revoluciona la medicina y la ciencia (y escasea)

Revolución invisible: Un mineral sintético está transformando escáneres médicos, telescopios y seguridad aeroportuaria.

Permanecer inmóvil durante 45 minutos dentro de un escáner hospitalario, con los brazos sobre la cabeza, era hasta hace poco la rutina para pacientes del Royal Brompton Hospital en Londres durante exploraciones pulmonares. Pero en agosto de 2023, todo cambió: un nuevo dispositivo redujo el tiempo a solo 15 minutos, gracias a un material llamado CZT (telururo de cadmio y zinc).

Este semiconductor no solo acelera los diagnósticos, sino que produce imágenes 3D ultraprecisas de los pulmones. Según la Dra. Kshama Wechalekar, jefa de medicina nuclear y PET del hospital, “es una proeza de ingeniería y física“. El CZT, fabricado por la británica Kromek —una de las pocas empresas capaces de producirlo—, permite detectar rayos gamma con una sensibilidad sin precedentes.

El escáner, con un costo de £1 millón (unos US$1,4 millones), reduce en un 30% la dosis de sustancias radiactivas inyectadas a los pacientes. Su aplicación va más allá de la medicina: desde detectores de explosivos en aeropuertos (ya usados en Reino Unido y EE.UU.) hasta telescopios de rayos X que estudian agujeros negros.

Pero hay un problema: el CZT es extremadamente difícil de fabricar. Su producción industrial, lograda tras décadas de investigación, requiere semanas de procesamiento en hornos especiales donde los átomos se alinean en una estructura monocristalina perfecta.

Escasez global: ¿por qué es tan difícil obtenerlo?

Aunque el CZT existe desde los años 80, su fabricación a gran escala es un desafío. Arnab Basu, CEO de Kromek, explica que en sus instalaciones en Sedgefield (Inglaterra) operan 170 hornos que calientan un polvo especial hasta formar cristales alineados. “Átomo a átomo, se reorganizan hasta quedar perfectamente ordenados“, detalla. El resultado es un material que detecta fotones de rayos X y gamma con una precisión imposible para tecnologías anteriores.

Basu destaca que, a diferencia de los escáneres tradicionales —que usan un proceso de dos pasos y pierden información—, el CZT convierte la señal en imágenes en un solo paso, preservando datos como la energía y el tiempo de impacto. “Es digital, como un sensor de cámara, pero para radiación“, compara. Actualmente, estos detectores ya se emplean en aeropuertos británicos para escanear equipaje facturado, y se espera que en los próximos años lleguen a los controles de equipaje de mano en EE.UU.

De la Antártida a los sincrotrones: la carrera por el CZT

La demanda supera con creces la oferta. Henric Krawczynski, profesor de la Universidad de Washington en San Luis (EE.UU.), necesita 17 detectores ultrafinos (de 0,8 mm) para su próximo telescopio de rayos X, diseñado para estudiar estrellas de neutrones y agujeros negros. Pero Kromek no puede suministrarlos: “Apoyamos a cientos de proyectos; cada uno requiere un diseño único“, admite Basu.

Krawczynski no entra en pánico: tiene reservas de CZT de misiones anteriores o puede recurrir al telururo de cadmio, un material alternativo. Sin embargo, su proyecto enfrenta otro obstáculo: el cierre del gobierno estadounidense en noviembre de 2023 retrasó el lanzamiento previsto desde la Antártida en diciembre. “Todas las fechas están en el aire“, lamenta.

Mientras tanto, en Reino Unido, el Diamond Light Source —un sincrotrón que acelera electrones casi a la velocidad de la luz para generar rayos X— se moderniza. Para 2030, sus haces serán 100 veces más brillantes, pero los detectores actuales no podrán soportarlos. La solución: paneles de CZT. “No tiene sentido invertir millones en mejorar la infraestructura si luego no podemos medir lo que produce“, advierte Matt Veale, experto en detectores del Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas.

El CZT ya demostró su utilidad en estudios como el análisis de impurezas en aluminio reciclado, clave para mejorar su reutilización. Pero con la demanda disparada en medicina, seguridad y astronomía, la pregunta es inevitable: ¿Logrará la industria escalar su producción a tiempo? O, como advierte Basu, ¿seguiremos dependiendo de un puñado de hornos en Inglaterra para alimentar la próxima revolución tecnológica?

El precedente que explica la escasez: el caso del germanio en los años 2000

La lucha por escalar la producción de CZT evoca un episodio casi idéntico ocurrido con el germanio entre 2005 y 2012, cuando su demanda se disparó un 400% por su uso en fibra óptica y paneles solares de alta eficiencia. Entonces, solo tres empresas —la belga Umicore, la china Yunnan Chihong y la estadounidense Teck Resources— controlaban el 95% de la producción mundial, según datos de la US Geological Survey. El resultado: precios que pasaron de $800/kg en 2004 a $2.200/kg en 2007, paralizando proyectos en energías renovables y telecomunicaciones.

El paralelo con el CZT es inquietante. Al igual que el germanio, su fabricación exige condiciones extremas de pureza y alineación atómica, lo que limita los actores capaces de producirlos. En 2010, la crisis del germanio solo se alivió cuando Alemania y Japón invirtieron $1.200 millones en desarrollar alternativas como el silicio dopado con galio, que hoy domina el mercado de células solares de alta gama. Sin embargo, el CZT no tiene sustituto directo en aplicaciones médicas o astronómicas: su capacidad para detectar rayos gamma con resolución energética inferior a 1% (frente al 5-10% de otros semiconductores) lo hace insustituible en equipos como los del Royal Brompton Hospital o el telescopio XRISM de la JAXA, lanzado en septiembre de 2023.

Otros dos factores agravan el escenario actual:

• Dependencia de materias primas críticas: El telurio, componente clave del CZT, se extrae principalmente como subproducto del cobre en minas de Chile (40% de la producción global) y China (30%). En 2022, un conflicto laboral en la mina El Teniente (Chile) redujo el suministro un 18%, disparando su precio un 27% en tres meses, según el Instituto de Metales No Ferrosos de Beijing.
• Barreras tecnológicas: Los hornos de Kromek operan a 1.100°C durante 72 horas por ciclo, con un 30% de pérdida de material por imperfecciones cristalinas. En comparación, el germanio requería “solo” 937°C y 48 horas, como detalló un informe de 2018 de la Sociedad Americana de Metalurgia.

¿Repetirá la historia su guión?

En 2024, la Agencia Internacional de Energía Atómica (OIEA) alertó que 12 países, incluyendo EE.UU. y la UE, ya incluyen el CZT en sus listas de materiales estratégicos, junto al litio y las tierras raras. Pero a diferencia de lo ocurrido con el germanio, esta vez no hay un plan B: los $300 millones destinados por el Departamento de Energía de EE.UU. en 2023 para investigar alternativas aún no han rendido frutos. Mientras, proyectos como el telescopio eXTP (colaboración China-Europa, previsto para 2027) ya han pospuesto pruebas por falta de detectores. La pregunta no es si habrá otra crisis de suministro, sino cuándo —y si la medicina y la astronomía podrán permitírselo.