Las cifras en torno a la industria de la construcción dan verdadero vértigo, tanto en España como en el resto del mundo. Este sector representa, según datos de la Agencia Internacional de la Energía (IEA), el 36% del uso final de la energía y acumula cerca del 40% de las emisiones de dióxido de carbono a nivel global relacionadas son el consumo energético. Por eso urge el desarrollo de biomateriales, mucho más sostenibles, reciclables y versátiles, para cubrir todo tipo de aplicaciones arquitectónicas.

Desde hace tiempo, investigadores y arquitectos tienen la vista puesta en la nanocelulosa, una fibra que se obtiene de la madera y ya se emplea en campos como la biomedicina. Sus propiedades únicas la convierten en una de las máximas candidatas a reemplazar materiales como el plástico. Ahora, científicos suecos han demostrado por primera vez su viabilidad como hidrogel para fabricar estructuras ligeras para la construcción impresas en 3D, usando mucha menos energía que los métodos de construcción convencionales.

En un artículo publicado en la revista Materials and Design, investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers y el Centro Wallenberg de Ciencias de la Madera, describen cómo mezclaron la nanocelulosa con alginato (elemento procedente de las algas marinas). Así obtuvieron un material imprimible en 3D a través de un brazo robótico, y estudiaron distintas composiciones y configuraciones para obtener estructuras que podrían ser la base de separadores de ambientes, persianas o paneles aislantes para paredes y techos.

Nanocelulosa

"Por primera vez hemos explorado una aplicación arquitectónica del hidrogel de nanocelulosa. En concreto, hemos aportado los conocimientos que faltaban hasta ahora sobre sus características de diseño. También hemos mostrado, con la ayuda de nuestras muestras y prototipos, la posibilidad de ajustar estas características mediante el diseño digital personalizado y la impresión robótica en 3D", señala Malgorzata Zboinska, autora principal del estudio de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en un comunicado de prensa.

Para empezar a trabajar con este material, el primer paso es obtener la nanocelulosa. Este subproducto de la madera procede de la silvicultura, la agricultura, las fábricas de papel o los residuos de paja de la agricultura, y pasa por un proceso de descomposición en fragmentos microscópicos, una purificación y una reconstrucción. El resultado tiene una resistencia ocho veces mayor que la del acero convencional, además de ser flexible, muy ligero y buen conductor de la electricidad.

Diagramas del estudio sobre el material de nanocelulosa y alginato Universidad Tecnológica de Chalmers Omicrono

Tras el proceso se consiguen las nanofibras de celulosa, cadenas formadas por moléculas de celulosa con forma tubular y apariencia cristalina. Es algo que ya se utiliza en forma de hidrogel en laboratorios de biomedicina para imprimir en 3D 'andamios' para sostener el crecimiento de tejidos y células, pero su potencial es inmenso en otros sectores.

Para su investigación, Zboinska unió fibras de nanocelulosa, agua y alginato, lo que permitió producir un material imprimible en 3D conocido como CNF-ALG. La diferencia con respecto a otras mezclas es que ésta puede secarse a temperatura ambiente y ganar en flexibilidad, por lo que podría ser un recurso muy versátil para todo tipo de aplicaciones arquitectónicas.

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Esta investigación une así el potencial de un biomaterial con el de la impresión 3D, "una técnica muy eficiente en cuanto a recursos", según Zboinska. "Nos permite fabricar productos sin otras cosas, como matrices y moldes de fundición, por lo que hay menos material de desecho. También es muy eficiente desde el punto de vista energético". En este caso, el sistema robótico de impresión 3D empleado por los investigadores suecos no utiliza calor, sólo presión de aire, lo que permite ahorrar una gran cantidad de energía.

Eso es posible gracias a las propiedades del hidrogel de nanocelulosa: se licua si se le aplica presión, lo que permite su extrusión desde un brazo robótico 3D, pero al retirarse esa presión se seca rápidamente a temperatura ambiente y el resultado es un material flexible y resistente.

Pruebas

Para comprobar la viabilidad del hidrogel y sus posibles aplicaciones en la arquitectura, Zboinska y su equipo diseñaron distintas formas y patrones, para evaluar sus posibles usos finales. Entre las estructuras futuras que se pueden obtener gracias al hidrogel de nanocelulosa, los investigadores señalan elementos independientes, como separadores de ambientes ligeros, persianas y sistemas de paneles murales.

Su versatilidad no se queda ahí, y algunas configuraciones pueden ser útiles como base para los revestimientos de edificios ya existentes, como baldosas para las paredes y el suelo o paneles acústicos para aislar mejor edificios enteros.

Algunas de las pruebas del material de nanocelulosa obtenidas con impresión 3D Universidad Tecnológica de Chalmers Omicrono

Zboinska reconoce las limitaciones de estos materiales, ya que, al imprimirlos en 3D, sufren defectos como la contracción o las deformaciones durante su tiempo de secado. En el estudio señala que "se pueden conseguir deformaciones pequeñas y valores de contracción bajos, inferiores al 10 %, si el diseño de la trayectoria de la herramienta se basa en filamentos de material que forman una construcción muy porosa con una disposición simétrica".

Así, lo que busca ahora junto a su equipo es seguir adquiriendo conocimientos sobre el comportamiento y la disposición óptima del material, con vistas a industrializar su producción y ofrecerlo como alternativa a los ya existentes en arquitectura. "En resumen, este estudio ha demostrado que el hidrogel CNF-ALG es un material escalable, imprimible en 3D y personalizable con potencial de aplicación en muchos productos arquitectónicos ligeros. Los diseños de las membranas pueden ajustarse utilizando vías de deposición de material y escenarios de secado ambiental personalizados", señalan las conclusiones del artículo de investigación. 

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