Un equipo de la Universidad de Washington agregó polvo de alga verde al cemento, dotándolo de las capacidades de captura de carbono que tiene este material orgánico y generando así hormigones de prueba que, además de mantener su desempeño mecánico, son capaces de reducir su huella, lo que permitiría la construcción de infraestructura más sostenible.
Los desafíos que tiene la industria del cemento y del hormigón en materia medioambiental son relevantes para el desarrollo de una construcción sostenible, lo que es de suma importancia considerando que más del 50% de la población mundial vive en ambientes urbanos, cifra que continuará creciendo de acuerdo con estudios del Banco Mundial, lo que llevará a desarrollar más infraestructura para este aumento sostenido de gente utilizando áreas urbanas.
En esa línea, el desarrollo de dicha infraestructura debe cumplir, por una parte, con los desafíos que impone el contexto de cambio climático para el sector. Es decir, que tengan un impacto medioambiental mínimo -el objetivo, por ejemplo, que se fijó la industria para alcanzar la carbono neutralidad– y también, que dicha infraestructura sea durable y resiliente antes los efectos cada vez más extremos del clima.
Por lo mismo, ya sea con el uso de Inteligencia Artificial, aditivos o caparazones de camarón, científicos de distintas universidades se encuentran desarrollando hormigones más sostenibles que permitan, a su vez, el desarrollo de infraestructura más “verde”. En ese sentido, investigadores de la Universidad de Washington, WU, en Estados Unidos, desarrollaron un nuevo tipo de hormigón cuyo cemento posee un componente particular: polvo de alga. Con esto, aseguran, lograron reducir significativamente la huella de CO2 del material.
Una adición especial para el cemento: algas verdes
Para el equipo de investigadores, el desarrollo de un cemento más “verde” para la producción de hormigón era de suma importancia “ya que lo podemos encontrar en cualquier lugar, es la columna vertebral de la infraestructura moderna”, afirmó Eleftheria Roumeli, Ph.D en Física de Polímeros de la Universidad Aristóteles de Salónica y actual profesora asistente en la WU, quien forma parte del equipo que desarrolló el proyecto.
“Lo que hace más importante este trabajo es que mostramos cómo un material fotosintético abundante, como lo son las algas verdes, puede incorporarse al cemento para reducir sus emisiones sin la necesidad de procesos poco eficientes o sacrificando desempeño mecánico del material”, agregó.
Los investigadores decantaron por el uso de algas verdes por una cualidad en específico: son sumideros naturales de CO2 y, además, lo pueden secuestrar a medida que crecen. Para que esta cualidad de las algas verdes se transfiera al cemento, se secan y se convierten en un polvo que se adiciona al material, lo que reduce su huella de carbono y esa característica se traspasa al hormigón que se produce con el cemento que incorpora polvo de alga verde en su formulación.
De acuerdo con el equipo, este nuevo tipo de cemento posee un potencial de calentamiento global un 21% menor si se le compara con el cemento portland tradicional, manteniendo sus propiedades mecánicas de desempeño.
Diseños de mezcla optimizados con Inteligencia Artificial
Una de las características de la investigación es el uso de modelos de Machine Learning con el objetivo de acelerar el desarrollo de formulaciones, ya que, dadas las características del hormigón -las muestras demorarían alrededor de un mes en curar, dice la académica- el proceso tomaría cerca de cinco años para conocer resultados.
El equipo, formado además por Meng-Yen Ling, candidata a Doctorado en Ingeniería y Ciencia de los Materiales de la Universidad de Washington, Paul Grandgeorge, científico en iPrint, y Kristen Severson, Ph.D en Ingeniería Química del MIT e investigadora principal en Microsoft Research (entidad que financió el proyecto), construyó un modelo de Machine Learning y lo entrenó con un set inicial de 24 formulaciones de cemento. Luego, utilizaron el modelo para predecir las mezclas ideales para ensayar en laboratorio. Con los resultados de esas mezclas de nuevo en el modelo, trabajaron en tándem con la IA y aceleraron el proceso.
De esta forma, luego de 28 días de iteraciones, el equipo llegó a un diseño de mezcla óptimo de cemento mejorado con el polvo de alga verde, el que pasó los ensayos de resistencia a la compresión. “La inteligencia artificial -en este caso, el modelo de Machine Learning- resultó integral para permitirnos reducir drásticamente el proceso, lo que es especialmente importante en esta investigación, donde introdujimos un nuevo material al cemento”, explicó la Dra. Roumeli.
Si bien se logró reducir la huella de CO2 del cemento, el equipo continúa la investigación para comprender, por ejemplo, de qué forma la composición y estructura de las algas marinas verdes pueden afectar el desempeño del cemento. Asimismo, se informó que la meta a largo plazo es generalizar el trabajo a distintos tipos de algas e incluso, residuos de alimentos, incorporando el uso de Machine Learning para optimizaciones de mezcla más rápidas.
“Al combinar materiales naturales como las algas y combinarlas con herramientas modernas para datos, podemos localizar la producción, reducir las emisiones y avanzar más rápido hacia una infraestructura verde”, comentó la académica. “Es un interesante paso adelante a una nueva generación de materiales para la construcción sostenibles”.
