El hormigón autorreparable tapona las grietas con CO2 aspirado del aire

Ejemplos de hormigón autocurativo cuyas grietas se han rellenado con carbonato de calcio elaborado a partir de CO2 aspirado del aire y catalizado por una enzima de glóbulos rojos. Crédito: Instituto Politécnico de Worcester.

Usando una enzima que normalmente se encuentra en los glóbulos rojos, los investigadores han diseñado una mezcla de concreto que puede sellar automáticamente las grietas en el material de construcción al absorber CO2 del aire y convertirlo en cristales de carbonato de calcio. El hormigón resultante es casi cuatro veces más duradero que el hormigón tradicional, lo que prolonga enormemente la vida útil de las estructuras y reduce drásticamente los enormes costos de mantenimiento necesarios para reparaciones o reemplazos.

Hormigón con un toque de enzimas

El hormigón es el material de construcción más omnipresente del mundo. Lo usamos para construir de todo, desde rascacielos hasta aceras debido a su durabilidad y bajo costo. Sin embargo, el hormigón está lejos de ser perfecto, siendo propenso a agrietarse debido a la exposición continua a los elementos. La humedad, la luz solar y el estrés del uso erosionan lentamente el concreto. Con el tiempo, las microfisuras inofensivas pueden expandirse y provocar la pérdida de la integridad estructural. En el caso de presas y puentes, las grietas de hormigón podrían amenazar la vida de innumerables personas.

“Si las pequeñas grietas pudieran repararse automáticamente cuando se inician por primera vez, no se convertirán en problemas mayores que necesiten reparación o reemplazo. Suena ciencia ficción, pero es una solución real a un problema importante en la industria de la construcción ”, dijo. Nima Rahbar, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental en Worcester Polytechnic Institute.

Rahbar es el autor principal de un nuevo estudio que se inspiró en la naturaleza para encontrar una solución a este problema. La investigación se centró en la anhidrasa carbónica (CA), una enzima que se encuentra en los glóbulos rojos que transfiere rápidamente CO2 de las células al torrente sanguíneo.

Los investigadores simplemente agregaron la enzima a un polvo de concreto convencional antes de mezclarlo con agua y verterlo. Estos experimentos demostraron que la enzima actúa como catalizador, provocando una reacción química entre el CO2 atmosférico y las moléculas del hormigón para crear cristales de carbonato de calcio.

El carbonato de calcio es una sustancia común que se encuentra en las rocas, como los minerales calcita (un componente principal de la piedra caliza) y aragonito. También es el componente principal de las cáscaras de huevo, caracoles, caracoles y perlas. Su matriz atómica es muy similar a la del hormigón, por lo que cuando el carbonato de calcio se forma en el interior de los huecos del hormigón, se conserva la integridad estructural del material.

“Buscamos en la naturaleza para encontrar qué desencadena el CO más rápido2 transferencia, y esa es la enzima CA ”, dijo Rahbar, quien ha estado investigando el concreto autorreparable durante cinco años. “Dado que las enzimas de nuestro cuerpo reaccionan con una rapidez asombrosa, pueden utilizarse como un mecanismo eficaz para reparar y fortalecer las estructuras de hormigón”.

Según Rahbar, el método patentado descrito en la revista Materiales aplicados hoy cura las grietas de escala milimétrica en 24 horas. Puede ver el proceso en acción en el breve clip a continuación.

La mezcla también se puede aplicar al concreto tradicional ya fraguado para reparar grietas o agujeros más grandes.

La industria del hormigón es una de las más dañinas para el medio ambiente del mundo, ya que representó el 9% del total de las emisiones globales de CO2 en 2018. Casi el 80% de las emisiones de carbono del hormigón provienen del cemento, que representa aproximadamente el 8% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono (CO2).

Si la industria del cemento fuera un país, sería el tercer emisor más grande del mundo, no muy lejos de China y Estados Unidos. Aporta más CO2 que el combustible de aviación (2,5%) y no se queda atrás del negocio agrícola mundial (12%). Pero, en general, la industria de la construcción, que incluye no solo la fabricación de cemento sino también el transporte de materiales pesados ​​en todo el mundo, fue responsable de un asombroso 38% de todas las emisiones de carbono en 2019, según el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente.

La mezcla a base de enzimas desarrollada en el Instituto Politécnico de Worcester extrae una cantidad insignificante de CO2. Sin embargo, la mezcla compensaría una cantidad considerable de CO2 actualmente asociada con la industria del hormigón al extender su vida útil.

Rahbar hace una afirmación audaz, prediciendo que el concreto autocurativo podría extender la vida útil de una estructura de 20 años, por ejemplo, a 80 años.