La Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH) presentó un innovador material de construcción basado en cianobacterias que podría revolucionar la industria del hormigón. Los investigadores suizos lograron incorporar de forma estable estos microorganismos en un gel imprimible para desarrollar un material vivo fotosintético que se nutre, crece y elimina dióxido de carbono del aire en el proceso. El desarrollo, publicado en la revista Nature, busca ofrecer una alternativa a una industria responsable del 7% de las emisiones globales de CO₂.
El equipo de investigación consiguió crear un hidrogel rico en agua compuesto por polímeros reticulados con una geometría que facilita el transporte de luz, dióxido de carbono, nutrientes y agua. Este material puede moldearse mediante impresión 3D y para su crecimiento necesita luz solar, nutrientes del agua marina artificial y dióxido de carbono. La matriz protege a las cianobacterias mientras estas cumplen su función biológica dentro de la estructura.
¿Qué son las cianobacterias?
Las cianobacterias son microorganismos unicelulares que se encuentran entre las formas de vida más antiguas de la Tierra, con una existencia que se remonta a más de 3.500 millones de años. A diferencia de las bacterias convencionales, estos organismos realizan fotosíntesis de manera extremadamente eficiente, absorbiendo dióxido de carbono y luz solar para producir energía, liberando oxígeno en el proceso. De hecho, fueron las cianobacterias las que produjeron el oxígeno que permitió el desarrollo de la vida compleja en el planeta. Esta capacidad fotosintética es precisamente la que los investigadores suizos aprovecharon para crear un material de construcción que no solo es estructuralmente viable, sino que actúa como un organismo vivo.
De fuente de emisiones a sumidero de carbono
El hormigón tradicional es un material pasivo que, una vez fijado en las estructuras, permanece ahí degradándose con el paso del tiempo. La ETH de Zúrich planteó un cambio de paradigma en el que los edificios pasen de ser una fuente inevitable de emisiones a convertirse en un organismo activo que puede limpiar la atmósfera, funcionando de manera similar a una planta.
Yifan Cui, uno de los dos autores principales del estudio, explicó que “el material puede almacenar carbono no solo en forma de biomasa, sino también en forma de minerales, una propiedad especial de estas cianobacterias”. Las cianobacterias son una de las formas de vida más antiguas del planeta y son extremadamente eficientes en la fotosíntesis.
Según los ensayos de laboratorio, en 400 días el material fue capaz de almacenar 26 mg de CO₂ por gramo de material, notablemente más que los 7 mg de CO₂ por gramo del hormigón reciclado. Al minimizar el uso de cemento, se reducen las emisiones del proceso de fabricación, pero además el sistema secuestra el carbono atmosférico de forma permanente en su estructura.
La biomineralización como refuerzo estructural
Cuando los microorganismos absorben el dióxido de carbono con luz solar se lleva a cabo un proceso de biomineralización por el cual ese dióxido pasa a convertirse en carbonato de calcio, reforzando la estructura del material con este mineral, que además tiene una capacidad de almacenar el dióxido de carbono de forma más estable. Este mineral generado se convierte en un pegamento que mantiene unido todo, mejorando la integridad estructural con el paso del tiempo.
Una de las propiedades más destacadas del nuevo material es su capacidad de autorreparación. Ante la aparición de microfisuras, la entrada de humedad y el oxígeno reactiva a las bacterias, que secretan carbonato de calcio para sellar las grietas. Esta capacidad de cicatrización representa una ventaja significativa en términos de costes de mantenimiento, minimizando la corrosión del acero de refuerzo en estructuras híbridas.
Primeras aplicaciones a gran escala
El proyecto ya superó la fase crítica de pasar del laboratorio al mundo real. En la Bienal de Arquitectura de Venecia pueden encontrarse varios bloques de grandes dimensiones, siendo el mayor de tres metros de altura. Cada uno de estos bloques es capaz de almacenar hasta 18 kilogramos de dióxido de carbono al año, rivalizando con la capacidad de captura de un árbol adulto.
Mark Tibbitt, profesor de Ingeniería Macromolecular en la ETH de Zúrich, señaló que en el futuro quieren estudiar “cómo puede utilizarse como revestimiento de fachadas para capturar CO₂ a lo largo de todo el ciclo de vida de un edificio”. El investigador reconoció que para que el proyecto pase de las exposiciones a la realidad constructiva será necesario afrontar retos propios de la escalabilidad y costes, así como cuestiones relacionadas con las propiedades mecánicas y la supervivencia de las bacterias en diferentes condiciones climáticas.
La búsqueda de un sustituto al cemento supone grandes implicaciones en términos de infraestructuras y costes en una industria que gira en torno a materiales clásicos como el acero, el hormigón o el cemento. La propuesta suiza no solo busca reducir las emisiones en la fabricación, sino transformar los edificios en sumideros activos de carbono que contribuyan a mitigar el cambio climático mientras mantienen su función estructural.
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