Impresión 3D de edificios 'más ecológicos' utilizando suelo local

Para evitar la gran huella de carbono de producir hormigón, se presenta un material de construcción sostenible hecho de suelo local, usando una impresora 3-D para crear una estructura de carga.

Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la Reunión y Exposición Virtual de Otoño de 2020 de la American Chemical Society (ACS).

"El impacto ambiental de la industria de la construcción es un tema de creciente preocupación", dice Sarbajit Banerjee investigador principal del proyecto. "Algunos investigadores han recurrido a la fabricación aditiva, o la construcción de estructuras capa por capa, que a menudo se realiza con una impresora 3-D.

Ese avance ha comenzado a transformar este sector en términos de reducción de residuos, pero los materiales utilizados en el proceso deben ser sostenibles también”.

Por ejemplo, los proyectos de construcción que utilizan capas de hormigón extruido han puesto de relieve el potencial de la fabricación aditiva para estructuras de edificios de forma rápida y económica. Sin embargo, la fabricación de hormigón es responsable de aproximadamente el 7% de las emisiones de dióxido de carbono según la Agencia Internacional de Energía y no se puede reciclar.

"Históricamente, los humanos solían construir con materiales de origen local, como adobe, pero el cambio al concreto ha planteado muchos problemas ambientales", dice Aayushi Bajpayee, estudiante de posgrado en el laboratorio de Banerjee en la Universidad Texas A&M. Ella presentó el trabajo en la reunión virtual de otoño de la American Chemical Society (ACS). "Nuestro pensamiento era hacer retroceder el tiempo y encontrar una manera de adaptar los materiales de nuestros propios patios traseros como un posible reemplazo del hormigón".

Una ventaja de usar suelo local en la construcción es que los materiales no necesitarían ser fabricados y transportados al sitio de construcción, lo que reduce tanto los costos como el daño ambiental. Banerjee y Bajpayee también dicen que la fabricación aditiva con suelo algún día podría usarse más allá de la Tierra, para crear asentamientos en la Luna o incluso en Marte.

El suelo generalmente se clasifica por las capas de materiales que comprende, comenzando con la capa orgánica superior donde crecen las plantas y terminando en el duro lecho de roca de la corteza terrestre. Debajo de la capa orgánica inicial hay arcilla, que le da al suelo su carácter plástico y moldeable que los investigadores capitalizaron en su proyecto.

Los investigadores comenzaron recolectando muestras de suelo del patio trasero de un colega y adaptando el material con un nuevo aditivo ecológico para que se uniera y fuera fácilmente extruido a través de la impresora 3-D.

Debido a que los suelos varían mucho según la ubicación, su objetivo era tener un "juego de herramientas" de química que pudiera transformar cualquier tipo de suelo en material de construcción imprimible. A partir de ahí, Bajpayee construyó estructuras de prueba a pequeña escala, cubos de dos pulgadas de cada lado, para ver cómo se comportaba el material cuando se extruía en capas apiladas.

El siguiente paso fue asegurar que la mezcla soportara carga, lo que significa que resistirá el peso de las capas, pero también otros materiales utilizados en la construcción, como barras de refuerzo y aislamiento.

Para ayudar con esto, los investigadores fortalecieron la mezcla de arcilla "cerrando" las capas microscópicas en su superficie para evitar que absorba agua y se expanda, lo que comprometería la estructura impresa. Con este método, los investigadores demostraron que el material podía contener el doble de peso que la mezcla de arcilla sin modificar.

A continuación, el equipo planea mejorar las capacidades de carga del suelo para ampliar sus estructuras de prueba y acercarse lo más posible a un reemplazo para el concreto. Además, están recopilando datos para ver si estas estructuras impresas en 3-D son tan respetuosas con el medio ambiente como imaginan, especialmente en términos de huella de carbono y potencial de reciclaje.

Una vez que tengan una mejor idea de la química, la funcionalidad y la viabilidad de construir con suelos locales, planean explorar más a fondo cómo esta tecnología se puede utilizar más allá de nuestro propio planeta.