Concreto Verde

Proteger el entorno construido de las fuerzas del mundo natural con presas y diques es un trabajo importante. (ver Salvar Holanda) , al igual que proteger el medio ambiente natural del mundo diseñado. Pero el ingeniero del siglo XXI también debería considerar el mundo natural como un poderoso socio de diseño y una fuente de soluciones sostenibles. Un buen lugar para comenzar es estudiar la forma en que se construyen los materiales naturales a nanoescala e inspirarse en ellos a medida que diseñamos nuestros propios materiales. Tomemos, por ejemplo, el material de construcción preferido por los ingenieros civiles: hormigón, el material de construcción de ingeniería más antiguo y uno de los materiales más consumidos en la tierra, solo superado por el agua.

Cada año, se fabrican 1.890 millones de toneladas de cemento, el componente principal del hormigón, suficiente para producir un metro cúbico de hormigón por cada persona viva. Desafortunadamente, el cemento es una fuente importante de dióxido de carbono atmosférico, en gran parte porque se obtiene quemando combustible fósil para calentar un polvo de piedra caliza y arcilla a 1.500 ° C, lo que cambia su estructura molecular. Cuando el polvo de cemento se mezcla luego con agua y grava, la energía invertida se libera en enlaces químicos que forman hidratos de silicato de calcio, el pegamento que une la grava para hacer concreto. La producción de cemento representa aproximadamente del 7 al 8 por ciento de todas las emisiones de dióxido de carbono generadas por el hombre.

Esta historia fue parte de nuestro número de julio de 2007

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Si podemos diseñar un cemento novedoso cuya fabricación produzca solo la mitad de dióxido de carbono, lograremos una reducción significativa en las emisiones totales de dióxido de carbono. Y el hueso humano podría mostrarnos cómo hacerlo.

La fuerza del cemento proviene en gran parte de la forma en que los hidratos de silicato de calcio se autoensamblan en partículas que se compactan con la mayor densidad posible para los objetos esféricos. El hueso humano, o, más precisamente, los minerales de apatita en el hueso, alcanza una densidad de empaquetamiento muy similar a nanoescala, pero se fabrica a la temperatura corporal sin una liberación apreciable de dióxido de carbono. A nanoescala, el hueso tiene mucho en común con el hormigón: se compone principalmente de calcio; su fuerza muestra un componente de fricción significativo; y las proteínas de colágeno ayudan a reforzarlo, al igual que las barras de acero refuerzan el hormigón.

Por supuesto, con el hueso, la hidratación y el endurecimiento de los minerales de apatita toma aproximadamente un mes, más tiempo del que podemos permitirnos en las obras de construcción. Pero si podemos encontrar una manera de imitar el proceso y acelerarlo, podríamos replicarlo para crear un nuevo material de construcción.

Este es solo un ejemplo de investigación que se basa en los diseños ilimitados que ofrece el mundo natural y extrae de ellos principios fundamentales de ingeniería.

Franz-Josef Ulm, experto en materiales, es profesor en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental del MIT.

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