Investigadores de la Washington State University incorporaron nanocristales de quitina -biopolímero presente en el caparazón de crustáceos como el camarón, un residuo común de la comida de mar- en muestras de cemento, obteniendo como resultado un material con mejor resistencia a la flexión y a la compresión. Este avance podría ayudar a disminuir la huella de CO2 de la industria y, al mismo tiempo, permitir la construcción de infraestructura resiliente a los efectos del cambio climático.
Construir infraestructura que sea resiliente a los efectos del cambio climático es una necesidad que incluso Naciones Unidas hace patente. En ese sentido, dado que el consumo de hormigón continuará creciendo, se hace necesario que el material pueda cumplir con las solicitaciones que demandarán las construcciones del futuro, especialmente en lo que respecta a resistencia y durabilidad.
De esta manera, investigadores de distintas universidades del mundo están incorporando nuevos elementos a la “receta” del hormigón para, justamente, incrementar sus cualidades naturales como la resistencia, durabilidad y, en esa línea, transformarlo en un material más verde, que responda a los desafíos que impone el cambio climático en cuanto a control de emisiones de CO2 y que sea un catalizador para el desarrollo de una construcción sustentable.
En ese aspecto, el trabajo que realizó un equipo de investigadores de la Washington State University, WSU, que incorporó nanopartículas del caparazón de camarones al mortero cementicio, va en esos dos caminos: incrementa la resistencia del hormigón producido con esa pasta cementicia y, además, permite reducir los residuos en el lecho marino, al mismo tiempo que reduce la huella de carbono del material.
Un nuevo elemento para mejorar al cemento
“La industria del hormigón está bajo una gran presión para reducir sus emisiones de CO2, las que se concentran en la producción del cemento”, comentó Somayeh Nassiri, profesora asociada de la University of California, Davis, quien lideró la investigación en la WSU.
¿En qué consistió este nuevo desarrollo? El equipo liderado por la académica creó nanocristales y nanofibras de quitina, un abundante biopolímero que está presente en la naturaleza, a partir de residuos de caparazones de camarones. Al incorporar estos subproductos -que eran 1.000 veces más pequeños que el cabello humano- a la pasta de cemento, el material resultante incrementó su resistencia en un 40%.
Otro de los resultados que arrojó la investigación es que el tiempo de curado de la pasta de cemento con estas nanopartículas se retrasó en más de una hora, lo que beneficia su transporte en largas distancias el trabajo del hormigón en tiempo caluroso.
“Al desarrollar este nuevo tipo de mezclas -dijo la profesora Nassiri- que mejoren la resistencia del hormigón, podemos ayudar a reducir la cantidad de cemento que se requiere y, con ello, disminuir las emisiones de CO2 asociadas a la producción del hormigón”.
Las bondades del comportamiento de la quitina
Si bien el equipo ya había trabajado con celulosa, otro biopolímero presente en la naturaleza, los resultados no fueron los esperados, debido al comportamiento impredecible del hormigón con este elemento. Por ello, comenzaron el estudio la quitina a nanoescala. Este elemento se encuentra en los caparazones de cangrejos, camarones y langostas, cuya composición contiene entre un 20% a un 30% de quitina, la que se mezcla con calcio, aditivo también presente en el cemento.
Al compararla con la celulosa, la quitina, a nivel molecular, reveló poseer un set átomos adicional que permitió a los investigadores controlar los cambios en la superficie de las moléculas y, con ello, su comportamiento en la pasta de cemento. “Poder controlar la carga en la superficie es una pieza importante para controlar cómo funciona este nuevo elemento en el cemento”, comentó Michael Wolcott, catedrático regente de la WSU.
Gracias al control del comportamiento de las nanopartículas de quitina, los investigadores consiguieron que los nanocristales del material mejoraran aspectos específicos como la resistencia, consistencia, tiempo de curado y durabilidad de la pasta de cemento. Los ensayos en el nuevo material demostraron un incremento de un 40% de resistencia a la flexión y un 12%, a la comprensión. “Estos son números significativos”, destacó el profesor Wolcott.
A la espera de conseguir escalar el proyecto para producir el nuevo material a nivel industrial, el equipo continúa trabajando para lograr que resultados obtenidos en la pasta de cemento se den en el hormigón.
