El nuevo material que cambiará la construcción de casas: puede reparar las grietas por sí mismo y es resistente a los incendios
El nuevo material que cambiará la construcción de casas: puede reparar las grietas por sí mismo y es resistente a los incendios
Un equipo de investigadores ha desarrollado unos polímeros minerales impresos en 3D que pueden formar estructuras portantes.
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Si hay un sector que tiene un impacto significativo sobre las emisiones globales de dióxido de carbono, el principal responsable del cambio climático, ese es el de la construcción. La producción de materiales como el cemento y el acero está detrás de esta gigantesca huella de carbono: una tonelada de cemento Portland puede generar alrededor de 900 kg de CO2, y según varios estudios, su uso lo hace responsable de un 8% de las emisiones globales. En cuanto al acero, el uso de carbón en los altos hornos para reducir el mineral llega a liberar 1,8 toneladas de CO2 por cada tonelada de material. Por eso científicos y empresas buscan alternativas más sostenibles, con todo tipo de inventos encargados de capturar el dióxido de carbono, desde paneles de algas hasta ladrillos de hormigón más resistentes.
En este amplio campo de investigación, con diversos enfoques y estrategias, la mayoría se han centrado en el almacenamiento o en la conversión de CO2 en combustibles y otras sustancias líquidas. Sin embargo, uno de sus mayores potenciales es el de transformar el gas en un material sólido. Es lo que ha hecho un equipo de la Universidad del Sur de California (USC) gracias a un método inspirado en los arrecifes de coral: convertir el dióxido de carbono en materiales de construcción especialmente duraderos y resistentes al fuego.
En un estudio publicado en la revista Advanced Manufacturing, el equipo de investigadores describe con detalle cómo, gracias a un proceso de fabricación electroquímica, se puede transformar el CO2 en compuestos de polímeros y minerales impresos en 3D. Además, estas estructuras pueden ser portantes, lo que permitirá usarlas en la industria de la construcción gracias a sus propiedades tanto de resistencia mecánica como de tenacidad a la fractura.
Secuestrar carbono
Hasta la fecha, la lucha por la descarbonización se centraba en la revolución de las baterías y los vehículos eléctricos. Junto a esa contribución, todavía lenta y pendiente de futuras innovaciones tecnológicas, los métodos más extendidos son los de captura y almacenamiento de carbono (CAC). Estos procesos permiten capturar el CO2 de fuentes industriales, transportarlo e inyectarlo en formaciones geológicas subterráneas.
Por su parte, los sistemas DAC, siglas de captura directa del aire, se basan en grandes máquinas con filtros químicos que pueden absorber CO2 del aire para convertirlo en productos útiles o almacenarlo en el suelo. En ambos casos, se trata de métodos con un alto coste económico, y en el segundo también un alto coste energético.
Diagramas del equipo de investigación sobre el nuevo material Omicrono
Frente a estos métodos, y otros más naturales, como repartir roca basáltica triturada en explotaciones agrícolas para disparar el rendimiento de los cultivos y también capturar la contaminación, el que defienden los ingenieros de la USC supone "un paso fundamental en la evolución de la conversión del dióxido de carbono", según Qiming Wang, autor principal del estudio.
"Como organismo, el coral puede utilizar la fotosíntesis para capturar dióxido de carbono de la atmósfera y convertirlo en una estructura", explica Wang. Se trataba de replicar esta "magia del coral oceánico", es decir, el proceso de biomineralización. El CO2 que captura el coral se combina con iones de calcio del agua de mar para precipitar minerales cálcicos alrededor de plantillas orgánicas. Son los llamados coralitos, estructuras con las que va formando su esqueleto de aragonito, una forma cristalina de carbonato de calcio.
Para reproducir un proceso similar, los investigadores crearon andamios poliméricos con impresoras 3D imitando las mismas plantillas orgánicas que utilizan los corales. Una vez obtenido el material, lo recubrieron con una fina capa conductora de la electricidad. Después, conectaron estas estructuras a circuitos electroquímicos y sumergieron el resultado en una solución de cloruro cálcico.
Al añadir CO2 a esta solución, se producía una hidrólisis que la descomponía en iones de bicarbonato. Unido al calcio, esto produjo carbonato cálcico, que por sí sólo empezó a rellenar los poros y huecos del material impreso en 3D, formando un compuesto polimérico-mineral muy denso.
Pruebas de laboratorio
Obtenido el material, llegó el momento de someterlo a todo tipo de pruebas para conocer sus propiedades con detalle. Una de las que más sorprendió a los investigadores fue su reacción al fuego. Pese a no ser ignífugos por sí mismos, su composición permite salvaguardar su integridad estructural en el momento de recibir llamas de forma directa.
"El método de fabricación reveló un mecanismo natural de supresión del fuego de 30 minutos de exposición directa a las llamas", aseguró el propio Wang. "Cuando se exponen a altas temperaturas, los minerales de carbonato cálcico liberan pequeñas cantidades de dióxido de carbono que parecen tener un efecto de extinción del fuego. Esta característica de seguridad incorporada ofrece ventajas significativas para aplicaciones de construcción e ingeniería en las que la resistencia al fuego es fundamental".
El nuevo material que copia las estructuras de los corales Omicrono
En cuanto a su rendimiento mecánico, los compuestos fabricados por el equipo demostraron "una notable resistencia frente a las fuerzas de cizallamiento, con una rigidez específica comparable a la de los compuestos de ingeniería existentes y una resistencia específica comparable a la de la cerámica técnica", explican en el estudio.
Pero además de estas propiedades, este material inspirado en los arrecifes de coral tiene otra característica singular. En caso de agrietarse, las estructuras se pueden reparar si se conectan a electricidad de bajo voltaje gracias a sus reacciones electroquímicas, que le devuelven la integridad estructural.
El resto de experimentos en el laboratorio se dedicaron a evaluar su ciclo de vida, para constatar que el material tenía una huella de carbono negativa, ya que su capacidad para capturar el CO2 superaba las emisiones asociadas a su producción. Gracias a un enfoque modular, estas estructuras pueden ensamblarse para producir elementos portantes a gran escala, lo que le augura un enorme potencial en el sector de la construcción.
Ahora, y aunque reconocen que quedan grandes desafíos por delante para mejorar sus propiedades y escalar su producción, los integrantes del equipo quieren empezar a trabajar en la futura comercialización de la tecnología. Sería un paso decisivo hacia los ambiciosos objetivos de descarbonización global, que siguen fijados para el año 2050.
