La industria de la construcción es uno de los mayores emisores de dióxido de carbono del mundo. Reducir esas emisiones depende de reemplazar su material de construcción más común.
Crédito: Aayushi Bajpayee.
El hormigón es el material de construcción más popular del mundo. Pero su ingrediente clave, el cemento, es responsable del 8% de las emisiones globales de dióxido de carbono cada año. Los científicos quieren reemplazar el hormigón con un material más ecológico y un candidato es el suelo. Una de las últimas iteraciones de estos esfuerzos, ha creado un juego de herramientas para usar el suelo local para fabricar materiales de construcción. El estudio fue realizado en el Laboratorio de Investigación Banerjee de la Universidad Texas A&M.
El problema con el concreto
La producción de hormigón, especialmente la producción de su agente aglutinante, el cemento, libera cantidades masivas de dióxido de carbono (CO 2 ). “Si [la producción de cemento] fuera un país, sería el tercer emisor más grande del mundo”, dijo Gaurav Sant. Él es Profesor de Ingeniería Civil y Ambiental y Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Universidad de California en Los Ángeles.
“Necesitamos volvernos «carbono neutros» para 2050 y carbono negativo a partir de entonces”, dijo Sant. Para hacer eso, la industria de la construcción necesita cambiar o reemplazar drásticamente el concreto. «Estamos hablando de interrumpir y transformar toda nuestra base de la sociedad en su conjunto en los próximos 30 años».
La forma moderna de hormigón, una mezcla de arena y grava unida por cemento y agua, se utilizó solo durante los últimos 150 años aproximadamente. El desarrollo del concreto moderno reforzado con acero permitió a los constructores erigir estructuras masivas, dándonos horizontes de la ciudad dominados por rascacielos.
La fabricación aditiva, es un proceso en el que capas de hormigón se imprimen en 3D una encima de la otra en un diseño predeterminado. Con el crecimiento de esta técnica se pueden crear piezas de construcción más complejas de manera más eficiente.
«Muchas economías emergentes atraviesan un auge masivo de la construcción, y si hacemos todo esto en concreto, las consecuencias para el medio ambiente serán catastróficas». Expresó Sarbajit Banerjee , Profesor de Química en la Universidad de Texas A&M, en la Reunión2020. de la American Chemical Society (ACS).
Edificio construido con suelo del patio trasero
Banerjee y Aayushi Bajpayee, querían desarrollar un material sostenible que pudiera funcionar con los códigos de construcción existentes y los métodos de construcción basados en hormigón. Para su material de origen, el equipo se decidió por el suelo.
Esa idea surgió tanto de la naturaleza como de la historia. En la naturaleza, las termitas hacen un uso impresionante del suelo, construyendo montículos intrincados y duraderos . “Esa fue una de nuestras motivaciones, y la segunda fue la antigüedad”, dijo Bajpayee. «En la antigua Roma y en la India , hay muchos lugares [donde la gente usaba] tierra».
«En la antigüedad, el instinto principal para la construcción de estructuras de tierra era la supervivencia. Mientras que ahora el instinto principal para una alternativa de hormigón a base de suelo es la sostenibilidad». Expresó Bajpayee.
La propuesta sostenible
Banerjee y Bajpayee usaron tierra arcillosa del patio trasero de un colega en College Station, Texas. Combinaron la arcilla, un aditivo hidrófugo derivado de la remolacha y silicato de sodio para unir todo. Luego, una impresora 3D extruyó este material de acuerdo con el diseño deseado, formando un modelo de unas pocas pulgadas de alto.
Esperan que su método, pueda servir como un conjunto de herramientas químicas para usar en cualquier sitio de construcción, particularmente en entornos remotos u hostiles. Fue presentado en la reunión de la ACS de 2020 y publicado en ‘Frontiers in Materials‘. Una vez que un equipo de construcción analiza el suelo local, puede modificar los ingredientes en el juego de herramientas. Luego mezclar su material y comenzar a imprimir.
El enfoque es eliminar los pasos de producción que consumen mucha energía, utilizar recursos locales y eliminar las preocupaciones de transporte. Banerjee predice que su material tendrá un perfil de emisiones mucho más bajo que el concreto, pero aún están ejecutando simulaciones para precisar las cifras. «Creo que las cifras van a ser significativas», dijo.
Pero los reemplazos a base de suelo tienen aplicaciones limitadas. Estos materiales podrían resultar valiosos para construir viviendas en áreas remotas, sobre la base del trabajo actual. Pero Sant no cree que sean viables para estructuras más grandes.
Ampliar posibilidades
El Dr. Gnanli Landrou, es cofundador de Oxara , una start-up de materiales de construcción sostenible. Dijo que su grupo utiliza un proceso similar al de Banerjee para fabricar un material de construcción a base de suelo. «El objetivo no es reemplazar el hormigón, sino utilizar el hormigón de manera eficiente donde sea necesario», escribió en un correo electrónico. Su grupo quiere usar su producto, Cleancrete, para viviendas o piezas no estructurales de edificios más grandes. «En general, queremos permitir el acceso a viviendas y materiales de construcción sostenibles y asequibles».
Se están preparando reemplazos más robustos para el hormigón. Sant, por ejemplo, ha desarrollado CO 2 Concrete , un hormigón sin cemento. En él, el CO 2 de los gases residuales industriales reacciona con el hidróxido de calcio para unir todo. “Obtienes cementación estructural con piedra caliza en una concha”, dijo Sant, que es exactamente como se forma el concreto CO 2 . Es similar en costo y función al concreto, dijo, pero con la mitad de la huella de carbono.
«El hormigón sigue siendo el gorila en la sala porque ha sido la norma durante muchos años», dijo Banerjee. “Hay costos involucrados que no son baratos, crecientes emisiones de CO 2 que son tremendamente grandes. Podemos hacerlo mejor que eso.»
Fuente: Eos Magazine, American Geophysical Union (AGU).
Artículo original: «Using Dirt to Clean Up Construction«. Jackie Rocheleau ( @JackieRocheleau ), escritora científica. Sep 22, 2020.
Material relacionado
Crédito: Oxara.
Oxara desarrolló una tecnología sin cemento que permite transformar los materiales de excavación en hormigón sostenible.
- Gnanli Landrou – Oxara: cement-free concrete. Sustainable Construction, ETH Zurich.
Sobre la impresión 3D en la construcción
Ahora, los investigadores del MIT están ampliando la lista, con el diseño de un sistema que puede imprimir en 3D la estructura básica de un edificio completo.
Crédito: Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Una Tecnología desarrollada en MIT (Instituto de Tecnología de Massachusetts) podría permitir una construcción más rápida, barata y adaptable. Los investigadores del MIT han diseñado un sistema que puede imprimir en 3-D la estructura básica de un edificio completo.
El siguiente artículo lo presenta y contiene además una selección de recursos sobre la manufactura aditiva (impresión 3D).
- La impresión 3D ofrece un nuevo enfoque para construir edificios, aplicable también en otros planetas y lunas del Sistema Solar. Carlos Costa. Mayo 7, 2017.
Un material novedoso
Crédito imagen: Diana Miller / Getty Images.
El sueño de colonizar Marte algún día deberá lidiar con la cruda realidad de los limitados recursos naturales del planeta. En particular cuando se trata de materiales de construcción. Los científicos descubrieron que, utilizando química simple, la quitina de polímero orgánico, puede transformarse fácilmente en un material de construcción para herramientas y hábitats básicos. La quitina esta contenida en los exoesqueletos de insectos y crustáceos y en las escamas de los peces. Esto requeriría un mínimo de energía y no necesitaría transportar equipo especializado.
El artículo a continuación lo expone.
- Scientists May Have Found a Material for Building on Mars. Jennifer Oullette. Ars Technica, Wired. Sep 27, 2020.
Sobre la factibilidad de hacer construcciones en la Luna usando el material del suelo lunar.
El siguiente trabajo discute la viabilidad de la creación de estructuras en la Luna utilizando el suelo lunar como recurso in situ. Se consideran tecnologías de fabricación aditiva de sinterización. Ya se ha demostrado el uso de tecnologías de sinterización para la fabricación y construcción aditiva utilizando regolito lunar:
- In-situ resource utilization–feasibility of the use of lunar soil to create structures on the moon via sintering based additive manufacturing technology. Hartmut R Fischer, TNO Science and Industry, Netherlands/ Aeronautics and Aerospace Open Access Journal.
Curiosidades
Construyendo en la Luna con orina humana.
Los socios industriales, incluidos los arquitectos de renombre Foster + Partners, se unieron a ESA para probar la viabilidad de la impresión 3D utilizando suelo lunar. Más información. Crédito: ESA / Foster + Partners.
Una investigación reciente de la ESA muestra que la urea, el principal compuesto orgánico que se encuentra en nuestra orina, haría que la mezcla para el concreto lunar fuera más maleable antes de endurecerse en una forma final y resistente para futuros hábitats lunares.