Los meses de invierno suelen ser los más duros para las superficies pavimentadas como las carreteras o las autopistas. El frío, la nieve y el hielo son sus peores enemigos y pueden provocar desde pequeñas grietas hasta grandes baches, lo que supone un importante riesgo para los conductores y un enorme gasto para las administraciones públicas.
Desde hace unos años, centros de investigación y universidades de todo el mundo están centrando sus esfuerzos en conseguir mezclas asfálticas más duraderas y resistentes. Investigadores de Huelva proponían vías más resistentes fabricadas con materiales sostenibles, como la paja de trigo, mientras en Australia apuestan por neumáticos reciclados para endurecer el firme.
La propuesta más reciente viene de la Universidad Estatal de Arizona (ASU), donde han recurrido a las algas como aglutinante asfáltico alternativo a los que suelen utilizarse habitualmente, derivados del petróleo y muy contaminantes.
"Los compuestos derivados de algas pueden mejorar la resistencia a la humedad, la flexibilidad y la capacidad de autorreparación del asfalto, lo que podría prolongar la vida útil del pavimento y reducir los costes de mantenimiento", sostiene Elham Fini, profesora de Facultad de Ingeniería Sostenible y Entorno Construido de la ASU. "A largo plazo, el asfalto de algas podría contribuir a crear carreteras más sostenibles, resistentes y respetuosas con el medio ambiente".
En un artículo publicado en Sustainable Chemistry & Engineering, Fini y su equipo demuestran que el uso de este asfalto puede reducir drásticamente las emisiones de carbono, llegando incluso a la neutralidad, y mejorar significativamente el rendimiento del pavimento frente al agrietamiento y la deformación.
Rendimiento bajo cero
El asfalto no es una superficie estática, sino un material que cambia según el clima. Bajo el sol abrasador del verano, el pavimento se ablanda y pierde rigidez. Es cuando el peso constante de los vehículos lo deforma lentamente, creando peligrosos surcos y ondulaciones en la carretera.
En el otro extremo del termómetro, cuando las temperaturas se desploman el asfalto se contrae y se endurece hasta volverse quebradizo, perdiendo su capacidad para amortiguar el tráfico rodado. Esta tensión interna termina por llegar a la superficie y provocar grietas transversales, iniciando un ciclo de deterioro que se agrava si el agua penetra en ellas y se congela.
Elham Fini con una muestra de una mezcla asfáltica
La clave de este comportamiento está en la sustancia que mantiene unidos los sólidos que son la base de la mezcla asfáltica, el betún. Este derivado del alquitrán se obtiene del petróleo crudo y es el responsable de que el pavimento se expanda y se contraiga con los cambios de temperatura.
Lo que buscaban Fini y su equipo es desarrollar un aglutinante sostenible que se mantuviera flexible incluso a temperaturas bajo cero y la solución estaba en la naturaleza: algas con las que se elabora un material similar al betún, pero con un comportamiento extraordinario en climas fríos.
Los ingenieros de la ASU ya habían desarrollado este aceite de algas en trabajos previos, así que lo que buscaban en esta investigación era comparar el rendimiento de distintas mezclas obtenidas a partir de especies diferentes de algas.
Para ello recurrieron a modelos informáticos, encargados de evaluar la capacidad de cada aceite para mezclarse con los sólidos del asfalto y mantener su rendimiento en bajas temperaturas. La especie que resultó 'ganadora' fue la Haematococcus pluvialis, una microalga verde de agua dulce.
Los resultados de las pruebas con esta especie mostraron una mejora de hasta el 70% en la recuperación de la deformación en comparación con las fabricadas con betún convencional. Pero el equipo de Fini no sólo está preocupado por la resistencia del asfalto resultante, sino sobre todo por el impacto medioambiental.
En ese sentido, los resultados fueron incluso más prometedores. Sustituir únicamente el 1% del betún por material derivado de algas reduciría las emisiones de CO2 en un 4,5%. Si ese contenido aumenta hasta el 22%, el pavimento resultante sería totalmente neutro en carbono.
Todavía quedan pendientes varios pasos necesarios para convertir estas mezclas en viables a nivel comercial, pero la investigación, financiada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, es un primer paso decisivo hacia carreteras más resistentes (sobre todo en climas fríos) y menos contaminantes.
Asfalto de musgo
La preocupación por desarrollar nuevas mezclas asfálticas sostenibles y con mejores propiedades que las convencionales viene de lejos. Uno de los estudios más prometedores del último año es el desarrollado por un equipo de científicos de la Universidad de Swansea y el King's College de Londres, en Reino Unido, en colaboración con investigadores de la Universidad del Bío-Bío, en Chile.
Su asfalto está fabricado a partir de residuos de biomasa y es capaz de reparar sus propias grietas sin necesidad de mantenimiento ni de intervención humana.
El doctor Norambuena-Contreras de la Universidad de Swansea sujetando una muestra del asfalto autorreparador.
La clave son las esporas de Lycopodium clavatum, un tipo de musgo muy conocido por sus propiedades bioquímicas. Para conseguir que el asfalto se autorreparase, los investigadores incorporaron esporas más pequeñas que un mechón de pelo y llenas de aceites reciclados, que se liberaban cuando el asfalto empezaba a agrietarse, ayudando a invertir el proceso.
"En nuestra investigación queremos imitar las propiedades curativas observadas en la naturaleza. Por ejemplo, cuando se corta un árbol o un animal, sus heridas se curan de forma natural con el tiempo, utilizando su propia biología", explica Francisco Martín-Martínez, experto en química computacional del King's College de Londres.
Los científicos, mediante diversos tratamientos químicos, consiguieron extraer las células reproductivas de las esporas, dejándolas huecas. Después, y utilizando técnicas de encapsulación al vacío y centrífuga, llenaron esas esporas con aceite de girasol.
El siguiente paso fue incorporar el resultado al betún para fabricar las muestras de asfalto. En experimentos de laboratorio, los investigadores demostraron que este avanzado material asfáltico 'curaba' completamente una microfisura en su superficie en menos de una hora.
Aunque la investigación se encuentra actualmente en fase de desarrollo, este estudio cuenta con un enorme potencial para mejorar las infraestructuras y hacer avanzar la sostenibilidad en todo el mundo.