Hormigón autorreparable: avances hacía infraestructuras más duraderas y sostenibles

El hormigón es el material más utilizado en la construcción, tiene un amplio abanico de usos e implementaciones y está presente en la mayoría de infraestructuras. Sin embargo, la industria  del hormigón es la tercera emisora mundial de los Gases de Efecto Invernadero que causan el Calentamiento Global. Los avances en el hormigón autorreparable podrían ayudar a mitigar este problema.

El cemento, el principal ‘ingrediente’ del hormigón, es el material más consumido del mundo, cerca de 150 toneladas por segundo: 14.000 millones de metros cúbicos de hormigón son usados cada año, según la Asociación Mundial del Cemento y el Hormigón –GCCA-. La producción del cemento genera cerca del 7% de las emisiones mundiales de Co2, tres veces más que el tráfico aéreo.

El cemento es el que aglutina los granulados y la arena que forman el hormigón, está conformado principalmente por clínker, un compuesto que se obtiene calcinando la caliza y la arcilla a una temperatura de unos 1.400 grados. Al quemarlo, la caliza libera Co2: por cada tonelada de cemento producida, se libera una tonelada de Co2, por eso es una de las industrias que más contribuyen al Calentamiento Global.

El 70% de las emisiones de la industria corresponden a esta reacción química, el 30% restante corresponde al combustible utilizado en los hornos.

La industria del cemento contribuye al Calentamiento Global. /Sacyr/.

La GCCA anuncio en 2020 su objetivo de lograr la neutralidad de carbono en 2050: para lograrlo se propone invertir en sumideros de carbono (ecosistemas o infraestructuras que absorben este gas), asimismo apuntan a la reutilización del material y disminuir el uso de combustibles fósiles en los hornos cementeros.

Otra de las aristas claves para reducir los impactos ambientales de la industria hormigonera es alargar al máximo posible la vida útil de este material: aquí entra el novedoso hormigón autorreparable. Actualmente hay dos proyectos prometedores:

Bio-Concreto:

El microbiólogo e ingeniero holandés Henk Jonkers es el precursor del hormigón autorreparable, comenzó investigar el bio-concreto en el año 2006, cuando un técnico le pregunto si era posible utilizar bacterias para auto-arreglar el concreto convencional, tres años después descifro la incógnita planteada. Agrego a la mezcla del hormigón convencional unas bacterias altamente resistentes que pueden sobrevivir unos 200 años sin alimento ni oxigeno, también adiciono lactato de calcio encapsulado en bio-plástico: cuando se genera una grieta la humedad disuelve las capsulas plásticas y se libera el lactato de calcio, las bacterias se alimentan de él y producen la piedra caliza que sella las grietas en un lapso de hasta 3 semanas.

El invento se popularizo en el año 2015, cuando Jonkers gano el premio al mejor inventor europeo. «Nuestro concreto va a revolucionar la forma en que construimos, porque estamos inspirados por la naturaleza», señalo el microbiólogo cuando fue nominado al premio.

Para preparar este bio-concreto se mezcla el hormigón convencional con cepas de la bacteria Bacillus Pseudofirmus, que pueden habitar en ambientes tan hostiles como cráteres de volcanes activos, además pueden sobrevivir unos 200 años sin alimento ni oxigeno. También se agrega lactato de calcio, el alimento que las bacterias utilizaran para sellar las grietas que aparezcan en el concreto.

La humedad que penetra por las grietas activa a los microorganismos que se alimentarán del lactato del calcio y, producto de su digestión, secretan la piedra caliza que sella las grietas. «No hay límite para el largo de la grieta que nuestro material puede reparar. Desde centímetros a kilómetros», apunta Jonkers.

Sin oxígeno y en estado latente estos microorganismos pueden permanecer vivos por cientos de años. Ellos son el principio del bio-concreto. /Science Photo Library/.

Sin embargo, para el ancho si hay límite: las grietas no deben tener una amplitud mayor a 8 milímetros. La idea es que las grietas se auto-reparen antes de que signifiquen un problema estructural. Cabe aclarar, que una vez colocado el bio-concreto no se requiere intervención humana para el mantenimiento del hormigón.

El hormigón puede sufrir grietas más de una vez en el mismo lugar, afortunadamente este bio-concreto puede auto-repararse varias veces en el mismo lugar.

Este nuevo material, a pesar de ser más caro, supone un gran ahorro en el mantenimiento del hormigón: según HealCon, una organización que promueve el uso de este material, solo en Europa se gastan anualmente 6.800 millones de dólares en reparar construcciones debilitadas. Por su parte, el mantenimiento de este bio-hormigón no supone casi ningún gasto.

«Aunque puede ser más caro que el concreto tradicional, pronto se nota el beneficio económico porque ahorra en costos de mantenimiento», señaló el científico al diario inglés The Guardian.

Este nuevo material, por un lado reduce el concreto utilizado para el mantenimiento y sellado manual de grietas, asimismo alarga la vida útil de las infraestructuras, permitiendo reducir la cantidad de cemento requerido para edificar las nuevas infraestructuras que sustituyen a las obras estructuralmente peligrosas.

La imagen muestra el proceso de regeneración de dos grietas de anchos de 0.13 y 0.4 milimetros de atorreparación a los 100 días de activada la bacteria. /Revista Civilizate/.

El bio-hormigón se puede usar en todas las obras de ingeniería civil, desde edificios hasta represas, pero se utiliza principalmente en canales de irrigación, puentes o vías en lugares con alta actividad sísmica.

Uno de los trabajos de campo realizados por la Universidad Técnica de Delft, donde trabaja el autor del invento, fue construir canales de irrigación con este bio-concreto en Ecuador, un país con alta actividad sísmica, esta infraestructura corresponde con los análisis de laboratorio.  Actualmente este material ya es utilizado en China, Estados Unidos y Europa para la edificación.

Años más tarde, en  2021, investigadores del Instituto Politécnico de Worcester  -Massachusetts EEUU- crearon lo que consideran un bio-concreto más barato y eficaz. El equipo se inspiro en el cuerpo humano, específicamente en la enzima anhidrasa carbónica, que es capaz de transferir el Co2 de las células hasta el torrente sanguíneo.

El equipo puso en práctica la enzima añadiéndola al hormigón antes de mezclar el material. Cuando se forma una pequeña grieta en el hormigón: la enzima interactúa con el Co2 del aire y produce cristales de carbonato cálcico, que imitan las características del concreto  y rellenan rápidamente la grieta.

En las pruebas, los científicos demostraron que este hormigón puede reparar sus propias grietas en unas 24 horas, a diferencia del invento holandés que tarda unas 3 semanas.

Aunque la cantidad de Co2 que absorbe es casi insignificante, el aporte a la sostenibilidad reside en el aumento de la vida útil de la infraestructura en cuestión. Los investigadores predicen que esta tecnología podría prolongar la vida de una infraestructura de 20 a 80 años.

Sin embargo, por la novedad de esta invención EcoPress no pudo hallar registros de su uso en construcciones, solo en pruebas de laboratorio. Pero en unos años ambos hormigones presentados en este artículo serán ampliamente utilizados, tanto por sus beneficios económicos como ambientales.

Estos avances se tornan claves si entendemos que «Tres de cada cuatro infraestructuras que veremos en 2050 todavía no se han construido», según alerta el secretario general de las Naciones Unidas, Antonio Guterres.

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