El nuevo método convierte a CO₂ en materiales de construcción fuertes y resistentes al fuego
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Un nuevo método inspirado en los arrecifes de coral puede capturar dióxido de carbono de la atmósfera y transformarlo en materiales de construcción duraderos y resistentes al fuego, ofreciendo una solución prometedora para la construcción de carbono negativo.
El enfoque, desarrollado por los investigadores de la USC y detallado en un estudio publicado en NPJ Advanced Manufacturing, se inspira en la capacidad natural de los arrecifes de coral del océano para crear estructuras robustas al secuestrar dióxido de carbono. Los compuestos de polímero mineral resultante demuestran una resistencia mecánica extraordinaria, resistencia a la fractura y capacidades de resistencia al fuego.
“Este es un paso fundamental en la evolución de la conversión de dióxido de carbono”, dijo Qiming Wang, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental en la Escuela de Ingeniería de la USC Viterbi. “A diferencia de las tecnologías tradicionales de captura de carbono que se centran en almacenar dióxido de carbono o convertirlo en sustancias líquidas, encontramos que este nuevo proceso de fabricación electroquímica convierte el compuesto químico en minerales de carbonato de calcio en andamios de polímeros impresos en 3D”.
Inspiración de los arrecifes de coral
Las tecnologías de captura de carbono existentes generalmente se centran en almacenar dióxido de carbono o convertirlo en sustancias líquidas. Sin embargo, esto es generalmente costoso e ineficiente. Este nuevo método ofrece una solución menos costosa al integrar la captura de carbono directamente en materiales de construcción.
Wang atribuyó la “Magia del Coral Ocean” como fundamental para el avance del estudio. “Como organismo, el coral puede usar la fotosíntesis para capturar dióxido de carbono de la atmósfera y convertirlo en una estructura”, dijo Wang.
El método se inspiró directamente en cómo Coral crea sus estructuras esqueléticas de aragonita, conocidas como coralitas. En la naturaleza, el coral construye coralitas a través de un proceso llamado biomineralización, en el que Coral secuestra dióxido de carbono de la atmósfera por el proceso de fotosíntesis. Luego combina el compuesto químico con iones de calcio del agua de mar para precipitar los minerales de calcio alrededor de las plantillas orgánicas.
El equipo de investigación replicó este proceso creando andamios de polímeros impresos en 3D que imitaban las plantillas orgánicas de Coral. Luego los cubrieron con una capa conductora delgada. Estas estructuras recubiertas se conectaron luego a circuitos electroquímicos como cátodos y se sumergieron en una solución de cloruro de calcio.
Cuando se agregó dióxido de carbono a la solución, se sometió a hidrólisis para descomponerse en iones de bicarbonato. Estos iones reaccionaron con calcio en la solución para formar carbonato de calcio, que gradualmente llenó los poros impresos en 3D. Esto dio como resultado el producto final, un denso compuesto de polímero mineral.
Resistencia al fuego
El rasgo más sorprendente del material compuesto experimental puede ser su reacción al fuego. Mientras que los andamios de polímeros impresos en 3D carecen de propiedades inherentes resistentes al fuego, los compuestos mineralizados mantuvieron su integridad estructural bajo las pruebas de llama experimentales del equipo de investigación.
“El método de fabricación reveló un mecanismo natural de supresión del fuego de 30 minutos de exposición directa a la llama”, dijo Wang. “Cuando se exponen a altas temperaturas, los minerales de carbonato de calcio liberan pequeñas cantidades de dióxido de carbono que parecen tener un efecto que llena el fuego. Esta característica de seguridad incorporada proporciona ventajas significativas para las aplicaciones de construcción e ingeniería donde la resistencia al fuego es crítica”.
Además de la resistencia al fuego, las estructuras fabricadas agrietadas se pueden reparar conectándolas a electricidad de bajo voltaje. Las reacciones electroquímicas pueden unirse a las interfaces agrietadas y restaurar la resistencia mecánica.
Futuro negativo al carbono
Después de una rigurosa evaluación del ciclo de vida, los investigadores encontraron que las estructuras fabricadas presentaban una huella de carbono negativa, revelando que la captura de carbono excedía las emisiones de carbono asociadas con la fabricación y las operaciones.
Los investigadores también demostraron cómo los compuestos fabricados podrían ensamblarse en estructuras más grandes utilizando un enfoque modular, creando estructuras de carga a gran escala; Los materiales compuestos podrían usarse potencialmente en la construcción y otras aplicaciones que requieren alta resistencia mecánica.
Wang dijo que los investigadores planean centrarse en comercializar la tecnología patentada. Con materiales de construcción y construcción responsables de alrededor del 11% de las emisiones mundiales de carbono, el nuevo método de fabricación del estudio sienta las bases para la posibilidad de edificios de carbono negativo.
Más información: Haoxiang Deng et al, Hacia la huella de carbono negativa: el secuestro de carbono permitió la fabricación de compuestos estructurales resistentes inspirados en coral, NPJ Advanced Manufacturing (2025). Doi: 10.1038/s44334-024-00012-x
Proporcionado por la Universidad del Sur de California
Cita: Construcción de carbono-negativo: el nuevo método convierte el CO₂ en materiales de construcción fuertes y resistentes al fuego (2025, 22 de marzo) Recuperado el 22 de marzo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-03-carbon-negative-method-strong-resistant.html
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