Investigadores de la Universidad de Aarhus incorporaron un tipo específico de bacteria a la matriz cementosa del hormigón, produciendo así un “supercondensador vivo” que puede almacenar energía e incluso, recuperar sus capacidades con nutrientes dentro del mismo cemento. Esta tecnología, aseguraron sus creadores, pavimenta el camino hacia infraestructura energéticamente independiente.
Las necesidades actuales del planeta en términos de transición energética y el desarrollo de entornos urbanos más sostenibles y eficientes, generan que investigadores de todos los rincones del planeta trabajen en la ingeniería de los materiales para así, brindarles nuevas propiedades, acordes con los desafíos que se plantean en estos tiempos.
Siguiendo esa línea, las materialidades que se requieren para la infraestructura del futuro deben adecuarse a esas necesidades, algo de lo que el cemento y el hormigón no están ajenos -el hormigón sigue siendo, después del agua, el elemento más consumido por el ser humano- y, por lo mismo, los científicos apuestan a incorporarle nuevas propiedades, ya sea en pavimentos que recarguen vehículos eléctricos o el desarrollo de cementos que puedan almacenar energía eléctrica en su matriz.
En ese último punto, tanto en Estados Unidos como en China se trabaja para lograr que los cementos adquieran esa propiedad. A este camino de investigación se suma ahora un equipo del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Aarhus, en Dinamarca, que logró incorporar propiedades de almacenamiento energético al cemento agregando bacterias que transmiten electricidad en su matriz, transformando al material en lo que se denominó como un “supercondensador viviente”.
Un “cemento vivo” capaz de almacenar energía
La idea del equipo, liderado Qi Luo, Ph.D en Ingeniería Estructural de las Universidades de Guangxi y de California, Irvine, con investigaciones en postdoctorado en la casa de estudios danesa, nació de la siguiente premisa: qué pasaría si al hormigón, un material inerte, se le agregara un elemento que le diera un componente orgánico que, además de sus propiedades inherentes, le brindara otras características, como el almacenamiento de energía.
Para ello, los científicos agregaron la bacteria Shewanella oneidensis, conocida por su habilidad para transferir electrones a superficies externas a través de la denominada transferencia extracelular de electrones. Una vez en la matriz cementosa del hormigón, la bacteria crea una red de carga capaz de almacenar y liberar energía eléctrica. De acuerdo con el equipo, este “cemento viviente”, además, tiene la capacidad de repararse a sí mismo, lo que mejora la durabilidad del material.
Los primeros ensayos demostraron que este nuevo tipo de cemento tuvo desempeño energético superior al de otros sistemas de almacenamiento de energía basados en matrices cementosas, lo que da cuenta del potencial que posee el novedoso material para el desarrollo de “infraestructura inteligente”.
“Lo que hicimos fue combinar estructura con función”, comentó el Dr. Qi Luo. “El resultado es un nuevo tipo de material que puede tanto soportar cargas como almacenar energía y que, además, es capaz de recuperar su desempeño cuando se le suministran nutrientes”, puntualizó.
El potencial de este nuevo hormigón supercondensador
Uno de los aspectos que abordó la investigación fue qué hacer cuando la bacteria incorporada al cemento inicie su proceso de degradación natural. Para ello, el equipo diseñó una red microfluídica integrada en el cemento que pueda suministrar una solución nutriente que contiene proteínas, vitaminas, sales y factores de crecimiento, con la finalidad de mantener viva a la bacteria o “despertar” al sistema. Los primeros resultados en laboratorio arrojaron más del 80% de la capacidad energética original se recuperó gracias a este método.
A juicio de los investigadores, esto permitiría tener materiales energéticos recuperables que mantengan su función con el tiempo, sin la necesidad de reemplazar baterías o efectuar costosas reparaciones.
Los científicos también sometieron al nuevo material a ensayos de estrés en condiciones extremas. Por ejemplo, tanto en temperaturas de congelación como en muy elevadas, el cemento conservó su habilidad de almacenar y descargar energía. Y cuando se conectaron seis bloques de cemento en serie, produjeron energía suficiente para alimentar una luz LED.
Si bien este “cemento viviente” capaz de almacenar energía aún se encuentra en su fase experimental con ensayos en laboratorio, los investigadores destacan su potencial para el futuro. “Esto no es sólo un experimento”, puntualizó el Dr. Luo. “Imaginamos que esta tecnología se integrará en edificaciones reales, en muros, fundaciones o puentes, donde puede respaldar fuentes de energías renovables como paneles solares al brindar almacenamiento de energía local”.
“Imaginen una habitación normal construida con este cemento impregnado con bacterias. Incluso con una modesta densidad energética de 5 Wh/Kg, los muros por sí mismos podrían almacenar unos 10 kWh, lo suficiente para mantener un servidor empresarial estándar funcionando durante todo el día”, agregó.
