Un equipo de la Universidad de Pensilvania realizó un avance relevante en el desarrollo de materiales de construcción sostenibles gracias a un concreto innovador que absorbe hasta un 142% más de dióxido de carbono que las mezclas habituales.
La clave de esta propuesta reside en la incorporación de tierra de diatomeas y en el empleo de impresión 3D, lo que permite reducir la cantidad de insumos y mantener la integridad estructural, según un informe de la propia universidad presentado en diciembre de 2024. La noticia, publicada y ampliada en la revista Advanced Functional Materials, posiciona este nuevo concreto como una alternativa capaz de minimizar el impacto ambiental de la industria.
La producción de concreto representa cerca del 9% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero, tal como destaca la Universidad de Pensilvania. Frente a este escenario, la comunidad científica y los diseñadores intensificaron la búsqueda de opciones más limpias y eficientes que puedan integrarse sin comprometer la funcionalidad ni la durabilidad.
Este desarrollo responde a la creciente demanda de soluciones sostenibles para obras de gran escala e introduce componentes naturales y tecnologías que transforman la visión tradicional sobre el concreto.
Por qué la huella de carbono del concreto preocupa al sector
En su larga trayectoria desde la antigüedad, el concreto sirvió como cimiento de edificaciones icónicas y obras civilizatorias. Su masiva utilización, no obstante, contribuye de manera importante a las emisiones globales, un hecho señalado de manera reiterada por la universidad.
Por este motivo, ingenieros, arquitectos y científicos decidieron enfocar sus esfuerzos en reinventar las fórmulas clásicas, con la meta de crear mezclas que entreguen resistencia, pero que sean capaces de capturar carbono de manera activa.
El equipo vinculado al nuevo desarrollo incorporó profesionales de diversas disciplinas para idear una combinación de materiales y procesos inéditos. Su meta principal fue diseñar un concreto que retenga las propiedades esenciales para la construcción, a la vez que reduce sus efectos ambientales mediante técnicas de captura y mineralización del dióxido de carbono.
Tierra de diatomeas y geometrías inspiradas en la naturaleza
El fundamento de esta innovación es la utilización de tierra de diatomeas, un producto poroso derivado de microalgas fosilizadas que brinda una textura excepcional. Este material incrementa la estabilidad durante la impresión y multiplica los puntos disponibles para reaccionar con CO2. La Universidad de Pensilvania detalló que la mezcla mineralizada resultante requiere menos cemento, mejorando tanto el balance ecológico como la relación peso-resistencia de las nuevas estructuras.
El uso de impresión 3D fue esencial para perfeccionar la formulación. Kun-Hao Yu, investigador principal en el grupo de Shu Yang, afinó la composición de la “tinta” de concreto y ajustó detalles como la proporción de agua, el diámetro de la boquilla y la velocidad de deposición.
Yu indicó, en declaraciones compartidas por la Universidad de Pensilvania, que el concreto debe pasar de un estado fluido a uno más rígido muy rápido, adoptando sus propiedades definitivas durante y después de la impresión. Estos ajustes técnicos fueron determinantes para generar un material funcional con altos índices de absorción de carbono.
Destaca también el enfoque geométrico logrado. Bajo el liderazgo de Masoud Akbarzadeh, el grupo recurrió a diseños basados en superficies mínimas periódicas triples (TPMS). Estas geometrías, presentes en sistemas naturales como huesos y corales, maximizan la superficie disponible, optimizan la distribución de cargas y minimizan el material requerido.
Akbarzadeh explicó, usando la estática gráfica poliédrica, cómo crearon elementos que mantienen la resistencia, incluso al reducir hasta en un 60% la materia empleada. Pruebas realizadas con cubos de concreto TPMS mostraron un 90% de la resistencia a compresión en comparación con versiones tradicionales, mientras que la eficiencia en la captación de dióxido de carbono se incrementó en un 32% por unidad de cemento.
Ciencia detrás de la nueva resistencia y sus aplicaciones ecológicas
Shu Yang, profesora de Ingeniería y Ciencia de Materiales, resaltó que el concreto incrementa su solidez a medida que absorbe CO2. Esta observación desafía los modelos convencionales, donde elevar la porosidad suele disminuir la fortaleza de los materiales. En el caso del desarrollo de la Universidad de Pensilvania, la porosidad aporta ventajas técnicas al incentivar la difusión del dióxido de carbono y la formación de carbonato de calcio, lo que fortalece la estructura.
El equipo destacó, además, el valor reológico —esta rama estudia cómo fluyen e interactúan las partículas— y la contribución de la tierra de diatomeas en la mejora del curado del concreto. Yu relató que, pese a los desafíos de trabajar con impresoras 3D y mezclas de alta porosidad, el material se robustecía tras capturar el CO2, hecho que sorprendió a los propios responsables del proyecto.
Las posibilidades de aplicación son amplias. Este concreto fue concebido para elementos arquitectónicos como losas, fachadas y paneles portantes, pero su alta porosidad y compatibilidad con los ecosistemas marinos permiten imaginar su uso en arrecifes artificiales, lechos de ostras o sistemas de restauración ecológica.
La profesora Yang explicó que la enorme superficie estimula el crecimiento de organismos marinos, convirtiendo al concreto en un actor activo en la mejora de la calidad del agua y en la captura de dióxido de carbono.
Proyecciones futuras y horizontes para la arquitectura sostenible
De cara a los próximos años, la Universidad de Pensilvania continuará trabajando con la ampliación a macroestructuras, el empleo de refuerzos innovadores, la optimización de geometrías y la experimentación con otros aglutinantes menos contaminantes. Las investigaciones incluyen la posibilidad de eliminar el cemento convencional o integrar residuos industriales como parte de la composición.
“Queremos ir aún más lejos: ¿sería factible desarrollar mezclas enteramente libres de cemento o transformar corrientes de residuos industriales en componentes activos?”, adelantó Shu Yang. El fin último es transformar la concepción tradicional de este material, potenciando su capacidad de interacción con el ambiente y multiplicando su aporte a la disminución de emisiones de carbono en la construcción.
El proyecto, respaldado por el Departamento de Energía de Estados Unidos y el Vagelos Institute for Energy Science and Technology, refleja el poder de la colaboración interdisciplinaria para abordar el cambio climático desde propuestas tecnológicas concretas.
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