Table of Contents
Autores | M. Martínez Euklidiadas, Lucía Burbano
¿Es posible usar bacterias para construir? La tecnología ha sido inerte hasta bien entrado el siglo XX. Solo algunos estudios pioneros en edición genética y proteínas fluorescentes usan el material biológico como herramientas, pero rara vez con fines estructurales. Ahora, gracias a materiales como el hormigón viviente, desarrollado por un equipo de científicos de la Universidad de Colorado en Boulder, Estados Unidos, quizá veamos pronto un desarrollo urbano basado en técnicas constructivas que usen la vida como motor.
¿Qué es el hormigón viviente? Un material de construcción sostenible basado en bacterias
El hormigón convencional es un material constructivo básico. Barato, durable, seguro y con un comportamiento altamente predecible, su desgaste facilita las inspecciones. Por eso no se pinta. Pese a sus ventajas en su comportamiento físico, el agua puede agrietar el hormigón y causar desperfectos a nivel estructural. Pero… ¿y si inyectamos bacterias que lo reparen a medida que se agrieta? Esta es la idea fundamental del hormigón viviente es paliar las deficiencias estructurales del hormigón tradicional añadiendo un componente vivo autorreparador. Se trata, en esencia, de hormigón clásico al que se añaden compuestos como cápsulas biodegradables de lactato de calcio. Compatible con el hormigón, tiene la particularidad de que se disuelve en agua. De esta forma, cuando el hormigón se agrieta, las cápsulas se abren, liberando su carga bacteriana. Por ejemplo, la bacillus subtilis, una bacteria común. Estas bacterias generan una capa de caliza que rellena la fisura del hormigón. No aumentan su resistencia, pero sí protegen dichas grietas de los elementos, sellándolos de forma automática.
¿Qué clase de ingredientes se usan en esta innovación? Gelatina y bacterias fotosintéticas
Liderado por Wil Srubar III, el equipo de científicos que ha desarrollado el hormigón viviente descubrió una mezcla interesante de hidrogel y cianobacterias fotosintéticas. Al inocular esta forma de vida microscópica en un armazón de arena e hidrogel dentro del hormigón, la propia biología bacteriana era capaz de crear una masilla reparadora de aplicación automática. El mecanismo de funcionamiento del hormigón autorreparable es relativamente sencillo. Cuando la combinación de cianobacterias e hidrogel queda expuesta al exterior, las bacterias usan la luz solar como energía primaria, combinando la arena y materiales disueltos en el gel para construir biominerales como el carbonato de calcio y usando CO2 como materia prima. Dicho material, presente en las conchas de los animales marinos, refuerza el hormigón a nivel mecánico. Además de presentar importantes ventajas a nivel estructural, el hormigón vivo permite fijar el CO2 de la atmósfera durante su propia reparación, por lo que podría contribuir a la construcción de ciudades mucho más sostenibles.
Retos en la construcción sostenible con hormigón viviente
Este campo sigue planteando interrogantes en torno a la viabilidad bacteriana a largo plazo, el coste, su escalado, las condiciones de curado, la disponibilidad de nutrientes, el rendimiento a escala estructural y las normas y certificaciones que generalicen el uso de un tipo de hormigón más sostenible.
Un estudio de 2022 exponía que los avances en ingeniería seguían siendo limitados y sostenía que se necesitaban modelos mejorados que permitan ir más allá del laboratorio en los siguientes ámbitos:
Encapsulación bacteriana avanzada
El reto es mantener las bacterias viables durante décadas y, al mismo tiempo, fabricar cápsulas lo suficientemente resistentes capaces de soportar el proceso de mezclado del hormigón.
Reparación de grietas más amplia y eficaz
La autorreparación del hormigón realizada en el laboratorio no se traduce necesariamente en resultados equivalentes en grandes obras estructurales expuestas a condiciones reales.
Activación en respuesta al daño
El objetivo es conseguir la activación sistemática de las bacterias cuando se forma una grieta, sin que esta sea prematura ni pierda nutrientes.
Fibras de origen biológico e integración estructural
Mantener el rendimiento mecánico sin que el diseño de los componentes biológicos comprometan la resistencia, la adherencia o la durabilidad es otra de las metas.
Aplicaciones marinas
Otro reto es lograr la supervivencia del hormigón viviente en entornos hostiles que incluyen altos niveles de salinidad, fluctuaciones de temperatura, cloruros y sulfatos que pueden afectar a las bacterias y a la reparación de este material sostenible.
Modelización predictiva
La actividad bacteriana depende de muchas variables, lo que dificulta una predicción certera a largo plazo.
Durabilidad más allá de la reparación visible de las grietas
Falta demostrar que la autorreparación del hormigón prolonga realmente la vida útil al evitar la corrosión y la entrada de agua o de sustancias químicas.
Coste y escalabilidad
Lograr competir económicamente con el hormigón convencional, especialmente en la producción industrial de cápsulas bacterianas.
Certificación
La falta de normas de construcción específicas para el hormigón biológico autorreparable dificulta su adopción generalizada.
Beneficios de construir con hormigón viviente las ciudades inteligentes del futuro
En las edificaciones residenciales de muchas plantas, los ladrillos son más una forma de trabajar la envolvente que de aportar estabilidad estructural. Aun así, el deterioro por humedad está muy relacionado con la eficiencia energética de los edificios y la necesidad de reparar los muros. Los materiales ecológicos son la base de un desarrollo urbano sostenible. Durante los últimos años hemos visto cómo la arquitectura bioclimática usaba cada vez más materiales de bajo impacto ambiental, como la madera de bosques FSC, o materias primas locales, así como soluciones que aumentan la capilaridad del suelo y evitan problemas como inundaciones. Es probable que las ciudades del futuro incluyan tecnología biológica. Si ya usamos la bacteria E.Coli para desarrollar la siguiente generación de ledes o para tratar a pacientes de cáncer con cargas médicas teledirigidas programadas genéticamente, ¿por qué no íbamos a usar este tipo de desarrollos en la construcción?
Proyectos de ingeniería que utilizan hormigón viviente
Los Países Bajos son, con diferencia, el país con más ejemplos construidos, gracias al trabajo de la Universidad Técnica de Delft y de la empresa de hormigón autorreparable basado en microorganismos Basilisk.
Infraestructura ferroviaria de ProRail, Países Bajos
ProRail ha utilizado hormigón autorreparable en elementos prefabricados para muros de contención para garantizar la durabilidad a largo plazo y evitar que las pequeñas grietas se convirtieran en problemas de mantenimiento más graves, dado que el acceso a estos elementos es complejo una vez construidos.
Planta depuradora de agua, Japón
Esta planta utiliza este material sostenible en cimientos, suelos y paredes para beneficiarse de su capacidad impermeabilizante.
Proyecto de ingeniería subterránea, China
Se trata de un piloto en el cual los investigadores elaboraron un agente de reparación microbiano, lo incorporaron al hormigón y supervisaron su desempeño en la estructura subterránea mediante sensores integrados. El estudio reveló una reducción en el número, longitud, anchura y profundidad de las grietas en comparación con el hormigón convencional.
Preguntas y respuestas sobre el hormigón viviente
¿Qué es exactamente el hormigón viviente y cómo funciona?
Es hormigón convencional al que se añaden bacterias capaces de generar minerales que sellan las grietas.
¿Qué beneficios medioambientales puede aportar el hormigón viviente?
Al reparar automáticamente las fisuras, se reducen las necesidades de mantenimiento y prolonga la vida útil de las estructuras. Además, determinados sistemas con cianobacterias pueden fijar el CO₂ durante el proceso de biomineralización.
¿Se utiliza ya el hormigón autorreparable en construcciones reales?
Sí. Aunque todavía es una tecnología emergente, existen aplicaciones en infraestructuras.
¿Cuáles son los principales retos para que el hormigón viviente se utilice a gran escala?
Los principales obstáculos son mantener las bacterias viables durante décadas, conseguir una reparación fiable en estructuras de gran tamaño, reducir los costes y establecer normas y certificaciones específicas para estos materiales.
¿Podría el hormigón viviente formar parte de las ciudades inteligentes del futuro?
Es una posibilidad, especialmente en infraestructuras donde las reparaciones son difíciles o costosas. Sin embargo, todavía se necesita demostrar su durabilidad, rendimiento y viabilidad económica a largo plazo antes de que pueda competir con el hormigón convencional a gran escala.
Imágenes | Emma Raphael, coffeekai/iStock, RyanJLane/iStock
