¡Ladrillos vivos! Científicos crean concreto viviente

Durante siglos, los constructores han fabricado el concreto prácticamente de la misma manera: mezclando materiales rígidos como la arena con diferentes aglutinantes y esperando que quede fijo y rígido durante mucho tiempo.

Ahora, un equipo interdisciplinario de investigadores de la Universidad de Colorado, en Boulder, ha creado un tipo de concreto bastante diferente… uno que está vivo e incluso puede reproducirse.

Los minerales del nuevo material no se depositan gracias a un proceso químico sino a cianobacterias, una especie común de microbios que capta la energía a través de la fotosíntesis. El proceso de la fotosíntesis absorbe el dióxido de carbono, en contraste absoluto con la producción del concreto habitual, que expulsa enormes cantidades de ese gas de efecto invernadero.

Las bacterias fotosintéticas también le dan al concreto otra característica inusual: un color verde. “Realmente parece un material tipo Frankenstein”, comentó Wil Srubar, ingeniero estructural y director del proyecto de investigación. (El color verde se desvanece a medida que el material se seca).

Otros investigadores han trabajado en incorporar la biología al concreto, en especial el concreto que puede restaurar sus propias grietas. Una de las mayores ventajas del nuevo material, de acuerdo con sus creadores, es que en lugar de añadir bacterias al concreto regular (un ambiente inhabitable) su proceso se orienta a las bacterias: las usa para construir el concreto y las mantiene vivas para que puedan generar más bacterias después.

El concreto nuevo, que se describe en la revista Matter como algo que “representa un tipo de material de construcción de diseñador, nuevo y emocionante, y reducido en carbono”, afirmó Andrea Hamilton, experta en concreto de la Universidad de Strathclyde en Escocia.

Para crear el concreto vivo, los investigadores primero intentaron colocar cianobacterias en una mezcla de agua tibia, arena y nutrientes. Los microbios absorbieron la luz con avidez y comenzaron a producir carbonato de calcio, endureciendo gradualmente las partículas de arena; sin embargo, el proceso era lento y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa de Estados Unidos (DARPA, por su sigla en inglés) y el fundador del proyecto querían que la construcción se hiciera con rapidez. Por fortuna, la necesidad dio paso al invento.

Srubar ya había trabajado con grenetina, un ingrediente alimenticio que, al disolverse en agua y enfriarse, forma enlaces especiales entre sus moléculas. Es importante mencionar que puede utilizarse en temperaturas moderadas que son suaves al contacto con las bacterias. Srubar sugirió añadir grenetina para reforzar la matriz construida por las cianobacterias y el equipo se mostró intrigado.

Los investigadores compraron la marca de grenetina Knox en un supermercado local y la disolvieron en la solución con las bacterias. Cuando vertieron la mezcla en moldes y la enfriaron en un refrigerador, esta formó sus enlaces, “como cuando haces una gelatina”, dijo Srubar. La grenetina le dio una mayor estructura y trabajó junto con las bacterias para ayudar al concreto viviente a crecer más fuerte y rápido.

Al cabo de un día aproximadamente, la mezcla formó bloques de concreto con la forma de los moldes que usó el grupo, incluyendo cubos de cinco centímetros, bloques del tamaño de una caja de zapatos, armazones con vigas y muescas. Se cortaron unos cubos individuales de cinco centímetros con la fuerza suficiente para que una persona se mantuviera de pie sobre uno de ellos, a pesar de que el material es débil en comparación con los concretos convencionales. Los bloques del tamaño aproximado de una caja de zapatos demostraron tener el potencial para utilizarse en construcciones reales.

“La primera vez que hicimos una estructura de gran tamaño con este sistema, no sabíamos si iba a funcionar al pasar de una cosita tan pequeña a un ladrillo de este tamaño”, afirmó Chelsea Heveran, exestudiante posdoctoral miembro del grupo (ahora es ingeniera en la Universidad Estatal de Montana) y autora principal del estudio. “Lo sacamos del molde y lo sostuvimos… era hermoso, de un verde brillante y decía ‘DARPA’ en un costado”. (El molde llevaba el nombre del auspiciante del proyecto). “Era la primera vez que teníamos la escala que habíamos imaginado y fue muy emocionante”.

Cuando el grupo llevó muestras pequeñas a una reunión habitual con funcionarios de la DARPA, estaban impresionados, dijo Srubar: “Todos querían tener uno en su escritorio”.

Almacenados en una habitación con aire relativamente seco a temperatura ambiente, los bloques alcanzan su dureza máxima con el paso de los días y las bacterias comienzan a morir gradualmente. No obstante, incluso después de pocas semanas, los bloques siguen vivos; cuando se exponen de nuevo a altas temperaturas y a la humedad, la mayoría de las células bacterianas vuelven a surgir.

El grupo puede tomar un bloque, cortarlo con una sierra con punta de diamante, colocar la mitad en un matraz tibio con más materiales en bruto, verterlo en un molde e iniciar la formación de un concreto nuevo. Cada bloque podría producir tres generaciones nuevas, lo cual daría como resultado ocho bloques descendientes.

El Departamento de Defensa está interesado en utilizar la capacidad de reproducción de estos “materiales de construcción vivos” (LBM, por su sigla en inglés) para apoyar obras en entornos lejanos o yermos. “Si estás en el desierto, no es conveniente transportar un montón de materiales en camión”, dijo Srubar.

Los bloques también tienen la ventaja de estar hechos de una variedad de materiales comunes. La mayoría de los concretos necesitan arena virgen que proviene de ríos, lagos y océanos, la cual se está agotando en todo el mundo, en gran parte debido a la enorme demanda de concreto. El nuevo material vivo no es tan exigente.

“No estamos encasillados en usar solo cierto tipo de arena”, dijo Srubar. “También podríamos usar materiales de desecho como vidrio molido o concreto reciclado”.

El equipo de investigación está trabajando para hacer que el material sea más práctico fortaleciendo el concreto; aumentando la resistencia de las bacterias a la deshidratación; reconfigurando los materiales de manera que puedan transportarse en paquetes planos y se puedan ensamblar con facilidad, como los bloques de Tablaroca, y encontrando distintos tipos de cianobacterias que no requieran que se les añada un gel.

Con el tiempo, dijo Srubar, las herramientas de la biología sintética podrían aumentar drásticamente el abanico de posibilidades: por ejemplo, construir materiales que puedan detectar químicos tóxicos y responder a ellos, o que se iluminen para revelar daños estructurales. El concreto vivo podría ser de utilidad en entornos más hostiles incluso que los desiertos más secos: otros planetas, como Marte.

“De ninguna manera vamos a llevar materiales de construcción al espacio”, dijo Srubar. “Llevaremos la biología con nosotros”.