Cómo los hongos podrían reparar nuestra infraestructura en ruinas

Estados Unidos tiene una de las economías más avanzadas del mundo. Y, sin embargo, la infraestructura de hormigón que lo sustenta (carreteras, puentes, aceras, etc.) se está desmoronando lentamente. Este deterioro requiere reparaciones complejas, provoca largas demoras y, en los casos más graves, puede provocar fallas estructurales.

También es un problema cada vez más costoso. Las pequeñas grietas que quedan sin reparar se convierten en otras más grandes que exponen las estructuras de refuerzo de metal y, cuando se dañan, las reparaciones pueden ser costosas y complejas. Según la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles, este problema le costará a la economía de los EE. UU. casi $ 4 billones en negocios perdidos para 2025 si no se aborda.

Claramente, se necesita desesperadamente una forma mejor y más económica de reparar el concreto.

Ingrese a Ning Zhang en la Universidad de Rutgers en Nueva Jersey, Congrui Jin en la Universidad de Binghamton y algunos amigos, quienes dicen que han descubierto un ingrediente secreto que algún día podría mantener a la nación en movimiento al reparar automáticamente el concreto desmoronado. ¿Este nuevo ingrediente? Champiñones.

Primero algunos antecedentes. Los científicos de materiales han esperado durante mucho tiempo encontrar una salsa secreta que ayude al concreto a repararse por sí mismo. Una idea es rellenar el hormigón con fibras de polímero que contengan resina que se filtre para rellenar las grietas.

Eso parecía prometedor por un tiempo, pero resulta que el concreto y la resina tienen diferentes propiedades de expansión térmica, entre otras, que a veces pueden empeorar las grietas.

Un mejor relleno para las grietas es el carbonato de calcio, porque se adhiere bien al concreto y tiene propiedades estructurales similares. Varias bacterias producen minerales de este tipo, pero también liberan otros subproductos, incluidas grandes cantidades de productos nitrogenados como el amoníaco. Y esto puede dañar las carreteras y el medio ambiente.

Entonces, los científicos de materiales necesitan otra opción, y hoy Zhang y compañía dicen que la encontraron en la forma de un hongo llamado Trichoderma reesei. Puede germinar en una amplia gama de condiciones, formando un hongo fibroso que promueve la formación de carbonato de calcio.

Su idea es que las esporas de hongos se agregan al concreto cuando se mezcla y luego permanecen latentes hasta que el concreto se agrieta. El agua que fluye hacia las grietas hace que las esporas germinen, llenando las grietas con fibras fúngicas que desencadenan la formación de carbonato de calcio, que eventualmente llena el vacío.

Esa es la teoría, pero la pregunta crucial es si funcionaría en la práctica. Así que Zhang y compañía se propusieron averiguarlo.

El equipo vertió hormigón en placas de Petri y permitió que se asentara. Luego vertieron un medio de crecimiento en cada losa y agregaron varios tipos de hongos. Esperaron para ver cuál de los hongos crecería en las condiciones altamente alcalinas que promueve el concreto.

Los resultados fueron reveladores. De todos los hongos probados, sólo Trichoderma reesei floreció incluso cuando el pH subió a 13. Luego, Zhang y compañía estudiaron su estructura fibrosa bajo un microscopio y usaron la difracción de rayos X para analizar los depósitos que dejó. Los datos sugirieron fuertemente que T. reesei las hifas pueden promover la precipitación de carbonato de calcio, dicen.

Las imágenes del microscopio electrónico muestran claramente las estructuras mineralizadas que dejan las fibras.

Por supuesto, nada de eso prueba que Trichoderma reesei las esporas pueden sobrevivir si se agregan al concreto cuando se mezcla. De hecho, a primera vista, eso parece poco probable. Las esporas tendrían que asentarse en los poros dentro del concreto.

Zhang y compañía midieron los poros en el concreto que hicieron y descubrieron que tenían un diámetro promedio de aproximadamente un micrómetro. Pero Trichoderma reesei las esporas son más grandes, alrededor de cuatro micrómetros de diámetro. Eso sugiere que serían aplastados a medida que se fragua el concreto.

Zhang y compañía dicen que el problema podría resolverse agregando burbujas de aire a la mezcla, pero esto debe investigarse más a fondo.

Es un trabajo interesante con una ventaja significativa. Si Trichoderma reesei convertirse en el hongo mágico que puede reparar la infraestructura en ruinas de los EE. UU., será una gran ayuda. Y también es respetuoso con el medio ambiente: el hongo es benigno en lo que respecta a los humanos, y el proceso de formación de carbonato de calcio fija el carbono de la atmósfera. Por lo tanto, elimina el dióxido de carbono, un importante gas de efecto invernadero.

Por supuesto, queda mucho trabajo por delante para determinar si las esporas sobrevivirán en el hormigón. Pero los primeros resultados brindan razones para estudiar esto con más detalle.

Ref: arxiv.org/abs/1708.01337 : Detección de hongos para la autorreparación de grietas en el hormigón

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