Biohormigón y materiales de construcción biogénicos con cianobacterias
Transición hacia una construcción respetuosa con el clima
Investigadores del Instituto Fraunhofer han desarrollado un método para crear materiales de construcción biogénicos a partir de cianobacterias. Las bacterias se multiplican en una solución nutritiva, impulsadas por la fotosíntesis. Cuando se añaden agregados y cargas como arena, basalto o materias primas renovables, se producen estructuras sólidas similares a la roca. A diferencia de la producción tradicional de hormigón, este proceso no emite dióxido de carbono, que es perjudicial para el medio ambiente. En lugar de ello, el dióxido de carbono se liga dentro del propio material.
La industria de la construcción tiene un problema. El cemento, el principal componente del hormigón -posiblemente el material de construcción más utilizado en nuestros días- es perjudicial para el clima. Las emisiones deCO2 procedentes de la producción de cemento son muy elevadas. Según la Agencia Alemana de Medio Ambiente (UBA), en 2018 la producción de cemento supuso unos 20 millones de toneladas métricas de emisiones deCO2 solo en Alemania. Eso equivale a alrededor del diez por ciento de todas las emisiones industriales.
Investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnologías y Sistemas Cerámicos IKTS y del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Haz de Electrones y Plasma FEP están introduciendo ahora un método ecológico y biológicamente inducido para producir materiales de construcción biogénicos como parte del proyecto "BioCarboBeton". El proceso no sólo no emite carbono, sino que, por el contrario, el gas nocivo para el clima se utiliza para el proceso y luego se liga al material.
La pieza central del nuevo método son las cianobacterias, antes conocidas como algas verdeazuladas. Estos cultivos bacterianos son capaces de realizar la fotosíntesis. Al interactuar la luz, la humedad y la temperatura, forman estructuras conocidas como estromatolitos de piedra caliza. Estas estructuras biogénicas similares a rocas existen en la naturaleza desde hace 3.500 millones de años, lo que da fe de la resistencia y durabilidad de este proceso biológico. Al igual que entonces, elCO2 se captura de la atmósfera como parte del proceso de mineralización y luego se fija en la roca biogénica.
Los investigadores de Fraunhofer han logrado imitar este proceso natural con un método tecnológico. Bajo la dirección del iniciador del proyecto, el Dr. Matthias Ahlhelm, que también aportó la idea, Fraunhofer IKTS está desarrollando materiales y procesos, seleccionando posibles rellenos y agentes aglutinantes, y proporcionando la forma y la estructura.
Los investigadores de Fraunhofer FEP, dirigidos por la Dra. Ulla König, están estableciendo los métodos de cultivo de las cianobacterias, el análisis microbiológico complementario y la ampliación de la producción de biomasa que debe lograrse.
La solución bacteriana se solidifica
En el primer paso para producir biomasa, las cianobacterias sensibles a la luz se cultivan en una solución nutritiva. La intensidad y el color de la fuente de luz utilizada afectan a la fotosíntesis y al metabolismo bacterianos. Para garantizar que la solución bacteriana pueda mineralizarse y producir estructuras similares a estromatolitos, se añaden fuentes de calcio como el cloruro cálcico. Después, los investigadores crean una mezcla de hidrogeles y diversos rellenos, como distintos tipos de arena, incluida arena marina o de sílice. Se añadeCO2 adicional para aumentar el contenido de dióxido de carbono disuelto y favorecer el proceso.
La mezcla bacteriana se agita hasta el punto de homogeneidad y luego se le da estructura transfiriéndola a moldes, por ejemplo. Los moldes deben ser preferiblemente translúcidos para que los procesos metabólicos y de fotosíntesis bacterianos puedan continuar. La mineralización posterior conduce a la solidificación final. La mezcla bacteriana también puede moldearse mediante pulverización, espumado, extrusión o fabricación aditiva, dándole la forma en la que tienen lugar las etapas finales de mineralización.
Otra posibilidad es producir sustratos porosos y tratarlos posteriormente con el cultivo de cianobacterias: "La estructura sólida en desarrollo sigue siendo porosa durante el proceso, de modo que la luz entra en el interior e impulsa la fijación del dióxido de carbono mediante la mineralización de la caliza. Podemos detener el proceso eliminando la luz y la humedad o cambiando la temperatura", explica Ahlhelm. En ese momento, todas las bacterias simplemente mueren. El resultado es un producto sólido a base de carbonato cálcico biogénico y cargas que puede utilizarse como ladrillo, por ejemplo. Los materiales de construcción biológicos fabricados a partir de cianobacterias no contienen sustancias tóxicas.
Uno de los objetivos del proyecto BioCarboBeton es determinar las posibles propiedades materiales y mecánicas de los materiales biogénicos que se produzcan y ampliar los procesos. Los investigadores ya están pensando en un diseño de proceso circular. Por ejemplo, el dióxido de carbono podría proceder de gases residuales industriales. El equipo trabaja actualmente con biogás. El basalto y los residuos mineros podrían utilizarse como fuentes de calcio, pero también los residuos lácteos de las explotaciones lecheras. Y aparte de la arena, también pueden utilizarse como relleno escombros de construcción o recursos renovables.
Aplicaciones: del aislamiento al mortero
La selección específica de las cargas y la gestión de los parámetros de proceso y mineralización permiten fabricar productos para una amplia gama de aplicaciones. Las aplicaciones potenciales incluyen material aislante, ladrillos, relleno de encofrados e incluso mortero o estuco que se cura o endurece tras su aplicación.
Ahora que el equipo de investigadores ha establecido y probado el proceso en Fraunhofer IKTS y Fraunhofer FEP, están trabajando para escalar los volúmenes y determinar las propiedades sólidas deseadas. El objetivo es que los fabricantes puedan producir los materiales de construcción ecológicos de base biológica en los volúmenes necesarios, de forma rápida y rentable.
Ahlhelm y König creen en el proceso: "Nuestro método demuestra el enorme potencial que puede liberar la tecnología de biologización. En general, nuestro proyecto BioCarboBeton es una oportunidad para dar un gran paso hacia una economía circular en la industria de la construcción y más allá."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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