Este hormigón va a cambiar la construcción para siempre: revela la salud de las estructuras y puede almacenar energía

El hormigón es el material de construcción más utilizado del mundo. Pero ya no basta con ser el pilar de una casa, este elemento está expandiendo su habilidades para pluriemplearse. Ahora puede integrar otras funcionalidades como la autoreparación, la captura de carbono o el almacenamiento de energía.

Este último es el caso del denominado EC³ u hormigón de carbono conductor de electrones desarrollado por investigadores del MIT (Instituto de Tecnología de Massachusetts). En un nuevo artículo científico, el equipo explica cómo ha conseguido mejorar la densidad y rendimiento de la mezcla.

Según las viviendas van integrando diferentes sistemas para generar energías renovables, se requieren métodos para almacenar esa electricidad y poder distribuir su consumo entre las horas de mayor y menor producción. El problema de las baterías tradicionales es la complejidad de su producción, con materiales raros, por lo que se están buscando alternativas.

El hormigón que cambiará la construcción: está impreso en 3D, captura un 142 % más de carbono y "es igual de resistente"

En contraposición, el hormigón se compone de materiales muy comunes y baratos, uno de los principales motivos por los que se ha convertido en el rey de la construcción. ¿Por qué no aprovechar esta escala para generar otros beneficios?, pregunta Admir Masic, autor principal del nuevo estudio, codirector del Centro de Materiales Conductores de Electrones a Base de Cemento de Carbono (EC³ Hub) del MIT.

Además de mejorar las cualidades de este nuevo hormigón, los científicos detectaron la capacidad de usar esta innovación para comprobar la salud de los edificios y la resistencia de las construcciones.

Mayor rendimiento

Los investigadores del MIT han publicado un nuevo artículo científico explicando la evolución que han logrado en este material y que acercaría más esta tecnología a su aplicación real. La clave está en la composición: el hormigón de carbono conductor de electrones se fabrica combinando cemento, agua, nanocarbono negro y electrolitos.

El negro de carbón es un material de nanopartículas ultrafinas con una alta capacidad conductora. Así se crea una "nanored" de partículas nanométricas que conducen en el interior del hormigón la electricidad.

El hormigón que cambiará la construcción: funciona como una batería gigante para almacenar energía

Durante el fraguado del cemento, las partículas de negro de carbón se autorganizando dando forma a esa red de filamentos conductores, similar a un fractal, como explican los investigadores. El siguiente integrante clave es el electrolito, una sustancia con iones libres que al contactar con el hormigón, los iones se adhieren a la namorred transmitiendo la energía que se almacena.

Finalmente el supercondensador se fabrica colocando dos capas de hormigón separadas por una membrana. El equipo logró el mayor rendimiento al cambiar a electrolitos orgánicos, especialmente aquellos que combinaban sales de amonio cuaternario (presentes en productos cotidianos como los desinfectantes) con acetonitrilo, un líquido transparente y conductor de uso frecuente en la industria.

Operarios utilizando hormigón en una obra Pexels Omicrono

También han multiplicado por diez su densidad energética, lo que significa poder reducir su volumen sin perder potencia. El equipo de investigación ha pasado de requerir unos 45 m³ para abastecer una vivienda media, a solo 5 m³.

Mejoraron la densidad energética gracias a una comprensión más profunda del funcionamiento de la red de nanocarbono negro dentro de ec y su interacción con los electrolitos. Mediante haces de iones enfocados para la eliminación secuencial de capas delgadas del material seguida de la obtención de imágenes de alta resolución de cada corte con un microscopio electrónico de barrido (una técnica llamada tomografía FIB-SEM), el equipo del EC³ Hub y el MIT Concrete Sustainability Hub logró reconstruir la nanorred conductora con la mayor resolución hasta la fecha.

El hormigón que cambiará la construcción: repara las grietas en edificios y carreteras por sí mismo

Un metro cúbico de esta versión de ed ³ (aproximadamente del tamaño de un refrigerador) puede almacenar más de 2 kilovatios-hora de energía. Esto es suficiente para alimentar un refrigerador durante un día.

Un arco romano

Muros, aceras y puentes podrían convertirse en baterías gigantes capaces de almacenar y liberar energía eléctrica y para demostrarlo, los integrantes de este equipo de investigación se inspiraron en la arquitectura romana. Imagine que el acueducto de Segovia pudiera almacenar energía solar para la ciudad y de paso, usar esta función con el objetivo de conocer el estrés que sufre la estructura ante fuertes condiciones meteorológicas.

El equipo construyó un arco EC 3 en miniatura para demostrar las cualidades de su nuevo material. Funcionando a 9 voltios, el arco soportaba su propio peso y carga adicional, a la vez que alimentaba una luz LED.

Experimento con hormigón capaz de almacenar energía. MIT Omicrono

Un detalle interesante que destacan los investigadores del MIT en el nuevo artículo de PNAS es que la luz parpadeó cuando aumentó la carga sobre el arco. Justifican este fenómeno en la influencia de la tensión sobre los contactos eléctricos o la distribución de las cargas.

También crearon un prototipo de supercondensador ed³ de 12 voltios apilando electrodos ec³ intercalados con separadores porosos empapados en electrolito. Alimentaba un ventilador de computadora de 12 V y una consola de videojuegos de 5 V mediante USB.

La casa Hemeroscopium. Ensamble Studio Omicrono

"Si pensamos en un arco ed 3 a escala arquitectónica, su rendimiento puede fluctuar cuando se ve afectado por un factor estresante como vientos fuertes" dice, Masic. "Podríamos usar esto como una señal de cuándo y en qué medida una estructura está estresada, o monitorear su estado general en tiempo real".

Proyectos como este auguran un futuro en el que los edificios y otros elementos arquitectónicos como carreteras o puentes tendrán vida, siendo capaces de autorepararse y servir de sistemas de almacenamiento de energía.