Investigadores de tres institutos de la Universidad de Stuttgart están desarrollando un nuevo tipo de material de construcción: bioconcreto. Crédito: Universidad de Stuttgart / Ilek / IMB / ISWA
Investigadores de la Universidad de Stuttgart han utilizado procesos microbianos para producir bioconcreto respetuoso con el medio ambiente a partir de la orina como parte de una cadena de valor de “aguas residuales-bioconcreto-fertilizante”. Con la extensión del proyecto otorgada por el Ministerio de Ciencia, Investigación y las Artes de Baden-Württemberg, el enfoque ahora cambia a la optimización de productos y las pruebas prácticas.
El concreto está en auge. Alrededor de 4 mil millones de toneladas de cemento se procesan en concreto y se usan en todo el mundo cada año. Con graves consecuencias para el medio ambiente.
“El cemento convencional generalmente se dispara a temperaturas de alrededor de 1,450 grados. Esto consume mucha energía y libera grandes cantidades de gases de efecto invernadero”, dice el profesor Lucio Blandini, jefe del Instituto de Estructuras Ligeras y Diseño Conceptual (Ilek) en la Universidad de Stuttgart.
Proceso de producción microbiana ecológica
Investigadores de tres institutos de la Universidad de Stuttgart están desarrollando un nuevo tipo de material de construcción: bioconcreto. Gracias a su alta resistencia a la compresión, no solo puede reemplazar la arenisca tradicional y, en algunos casos, el concreto a base de cemento. Potencialmente, también puede producirse a partir de materiales de desecho y, por lo tanto, tiene una huella ecológica significativamente menor.
Los investigadores están utilizando una materia prima abundante pero previamente pasado por alto: orina humana. Han probado con éxito su método en un estudio de factibilidad. El trabajo se publica en la revista NPJ Materials Sostenibilidad.
“El bioconcreto se produce a través de la biomineralización. Este es un proceso biotecnológico en el que los organismos vivos producen material inorgánico a través de reacciones químicas”, explica Maiia Smirnova, asociada de investigación en Ilek.
“Mezclamos un polvo que contiene bacterias con arena, colocamos la mezcla en un molde y luego lo llenamos de orina enriquecida en calcio en el transcurso de tres días en un proceso automatizado. La descomposición de la urea por la bacteria, combinada con la adición de calcio a la orina, hace que creceran los cristales de carbonato de calcio.
“Al final del proceso, se produce un sólido que es químicamente similar a la arenisca calcárea natural. Dependiendo del molde, se pueden crear elementos en varias formas y tamaños, con una profundidad máxima actual de 15 centímetros”.
Las primeras muestras producidas muestran propiedades prometedoras del material. Al usar la urea técnica, el equipo ha logrado una resistencia a la compresión de más de 50 megapascales, superando significativamente la resistencia de los materiales de construcción disponibles previamente producidos a través de la biomineralización.
En el proyecto “Simbioze”, los investigadores están utilizando orina humana para producir un material de construcción sostenible. Como la orina ya contiene agua, no se requiere agua adicional para el proceso. Crédito: Universidad de Stuttgart / Ilek / IMB / ISWA
Con la urea en la orina artificial, se logró una resistencia a la compresión de 20 megapascales. Usando orina humana real, el valor fue de cinco megapascales, ya que las bacterias pierden su actividad en el transcurso del período de biomineralización de tres días. Esto debe mejorarse ahora.
Según los científicos, una fuerza de 30 a 40 megapascales en el material biomineralizado sería suficiente para construir edificios de dos a tres pisos. Actualmente están realizando pruebas de congelación de descongelación para determinar si el material se puede usar al aire libre.
Apuntar a una economía circular: desde el producto de desecho hasta el material de construcción
“El proceso de producción para nuestro bioconcreto consume considerablemente menos energía y causa menos emisiones que la producción de cemento convencional. Pero nuestro enfoque también es sostenible porque integramos el producto en una cadena de valor circular”, dice Blandini.
Los investigadores han desarrollado un concepto que muestra cómo la orina podría separarse y procesarse del flujo parcial de aguas residuales en lugares con un gran volumen de personas, como un aeropuerto, para usarla como materia prima para la producción de bioconcreto. Al mismo tiempo, este proceso podría recuperar sustancias valiosas secundarias de las aguas residuales para producir fertilizantes para la agricultura.
“Al fabricar dos productos al mismo tiempo, mejoramos los beneficios ambientales”, dice Smirnova.
Segunda fase de proyecto: optimización del proceso de fabricación y pruebas prácticas
Después de una finalización exitosa de los estudios preliminares, el proyecto ahora ha sido extendido durante tres años por el Ministerio de Ciencia, Investigación y Artes de Baden-Württemberg. En pruebas de laboratorio adicionales, los investigadores desean identificar sustancias en la orina humana que tienen un efecto negativo sobre la actividad de las bacterias y, por lo tanto, la calidad del bioconcreto.
El proceso de fabricación debe optimizarse sobre esta base. El equipo, junto con el Centro de Agricultura Orgánica en la Universidad de Hohenheim, también se está centrando en la producción simultánea de fertilizantes.
Una vez que se completen las pruebas de laboratorio, el concepto se probará en condiciones del mundo real: se planea una instalación piloto en el aeropuerto de Stuttgart, donde la orina se recopilará y procesará en bioconcreto y fertilizantes.
Más información: Maiia Smirnova et al, bioconcreto de alta resistencia para la producción de componentes del edificio, sostenibilidad de materiales NPJ (2023). Doi: 10.1038/s44296-023-00004-6
Proporcionado por Universitaet Stuttgart
Cita: Bioconcreto de la orina: los investigadores desarrollan material de construcción sostenible (2025, 6 de mayo) Recuperado el 6 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-bio-concrete-urine-sustainable-material.html
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