Chi Zhou, que se muestra con un molde que forma los paneles en una impresora 3D especializada, es pionera en una alternativa orgánica de aislamiento térmico que es mucho más sostenible que las formas tradicionales. Crédito: Douglas Levere
Las formas tradicionales de aislamiento térmico utilizados para regular las temperaturas en los hogares y los edificios comerciales a menudo tienen mucha energía para fabricar, lo que resulta en importantes emisiones de gases de efecto invernadero.
Un profesor de ingeniería en la Universidad de Buffalo está pionero en una alternativa orgánica que es mucho más sostenible: la paja de trigo.
“A diferencia de los combustibles fósiles, que tardan millones de años en formarse, los materiales de biomasa, como la paja de trigo, pueden cosecharse y replantarse regularmente”, dijo Chi Zhou, Ph.D., profesor asociado y director de estudios de posgrado en el Departamento de Ingeniería Industrial y de Sistemas en la Escuela de Ingeniería de UB y ciencias aplicadas. “Esto lo convierte en un material de aislamiento ecológico”.
Zhou y un pequeño equipo de investigación comenzaron a estudiar cómo aislamiento basado en paja de trigo en 3D en 2022.
La paja de trigo es un producto de desecho que se quema con frecuencia después de cosechar el grano de trigo. En cuanto a el aislamiento térmico, Zhou y su equipo descubrieron que el trigo de paja aislados, se mantiene bajo presión y es más retardante de llama que otros materiales orgánicos.
“Las propiedades superiores provienen de la estructura única de la paja de trigo, su composición natural fibrosa y porosa, lo que mejora el aislamiento térmico”, explicó Zhou.
El equipo procesa la paja en fibras, que luego se reticulan mediante enlaces de hidrógeno entre un aglutinante orgánico y grupos hidroxilo en la celulosa de la paja. Formulan las fibras de paja en tinta imprimible en 3D para usar en estructuras de aislamiento térmico.
Este método da como resultado una alta resistencia mecánica y una durabilidad a largo plazo, dijo Zhou.
Un artículo que detalla su trabajo fue publicado en la edición impresa de mayo del Journal of Manufacturing Science and Engineering. Este documento marca el primer trabajo de impresión 3D de fibras de paja de trigo para estructuras de aislamiento térmico, agregó Zhou.
Los otros investigadores son Licheng Liang, un estudiante de doctorado en ingeniería industrial en UB, el autor principal del documento; Zipeng Guo, Ph.D., profesor asistente de ingeniería industrial y de sistemas en el Instituto de Tecnología de Rochester, quien obtuvo su doctorado en UB en 2023; Aditya Chivate, Ph.D., profesora asistente de ingeniería industrial y de fabricación en la Universidad Estatal de Cal Poly, quien recientemente obtuvo su doctorado en UB; Jason Armstrong, Ph.D., profesor de enseñanza y director de estudios de pregrado en ingeniería mecánica en UB; y Shenqiang Ren, Ph.D., Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Universidad de Maryland, College Park
El grupo presenta el documento durante la Conferencia de Ciencia e Ingeniería de la Manufactura de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (MSEC 2025) celebrado del 23 al 27 de junio en la Universidad de Clemson en Greenville, SC
Beneficios de los materiales orgánicos
Los materiales de aislamiento térmico generalmente se pueden colocar en cuatro categorías principales: materiales inorgánicos, materiales orgánicos, materiales compuestos y materiales avanzados. Entre ellos, los materiales inorgánicos como la lana de vidrio y la lana de roca dominan el mercado debido a su baja conductividad térmica y rentabilidad. Esto los convierte en una opción preferida para muchas aplicaciones de construcción. Sin embargo, la extracción y fabricación de estos materiales dependen en gran medida de los combustibles fósiles, dijo Zhou.
La paja de trigo, por otro lado, es una fibra natural que es renovable y biodegradable, que ofrece importantes ventajas ambientales.
El proceso implicó pulir las fibras, que provienen de residuos y desechos agrícolas, en una lechada y secándolas en moldes. Esto crea una tinta gruesa que se puede usar en una impresora 3D para convertir la paja en formas de aislamiento.
“Sus propiedades únicas, como la baja conductividad térmica y la baja densidad, las hacen valiosas para una amplia gama de aplicaciones, especialmente en el aislamiento del edificio”, dijo.
Otra ventaja es que la paja de trigo permite piezas hechas a medida, como artículos de cocina, calzado, muebles y artículos decorativos. Debido a que el material proviene de los desechos agrícolas, las fábricas se pueden ubicar cerca de las granjas para reducir las emisiones de transporte y apoyar las economías locales.
Superar desafíos
Un obstáculo para transformar los desechos agrícolas en paneles de aislamiento térmico grandes es que los métodos de impresión 3D estándar son muy lentos y a pequeña escala. La impresora típica usa una boquilla redonda e imprime una línea a la vez.
Zhou explicó que el equipo pudo rediseñar la impresora con una boquilla de matrícula, que extiende el material de manera más uniforme y rápida sobre un área amplia. También usaron varias boquillas al mismo tiempo y diseñaron un sistema especial para asegurarse de que el material fluya uniformemente a todas las boquillas, por lo que la calidad se mantiene consistente.
El equipo desarrolló un sistema de rollo a roll a escala de laboratorio en el Bell Hall de UB para hacer paneles prototipo de aislamiento térmico. Según Zhou, los métodos y las ideas de esta investigación se pueden ampliar fácilmente para la fabricación industrial.
En la siguiente fase, el equipo espera colaborar con un socio industrial para realizar análisis de tecnología a mercado y traducir el éxito a escala de laboratorio a aplicaciones del mundo real.
“Si la paja de trigo fuera ampliamente adoptada”, dijo Zhou, “no solo reduciría las emisiones de gases de efecto invernadero, sino que también reduciría los desechos agrícolas y proporcionaría una fuente de aislamiento ambientalmente amigable y asequible para hogares y edificios comerciales”.
Más información: Zipeng Guo et al, fabricación aditiva de fibras de paja de trigo para aplicación sostenible de aislamiento térmico, Journal of Manufacturing Science and Engineering (2025). Doi: 10.1115/1.4067391
Proporcionado por la universidad en Buffalo
Cita: Wheat Straw, un subproducto agrícola, pronto aislará su hogar (2025, 19 de junio) recuperó el 19 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-wreat-straw-farming-byproduce-insulate.html
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