El hormigón es, literalmente, la base del mundo moderno. Casi todos los proyectos de construcción del mundo utilizan este material de alguna forma. El problema es grave: la fabricación de uno de sus ingredientes principales, el cemento, es tremendamente perjudicial para el medio ambiente.
El proceso de calentar y procesar la piedra caliza para fabricar cemento es una de las principales fuentes de emisiones de dióxido de carbono del mundo; por lo tanto, es comprensible que los científicos hayan estado buscando formas de mitigar este problema. Y los investigadores liderados por el ingeniero civil Raghuvesh Tiwari de la Universidad de Manipal en Jaipur, India, podrían haber dado con una solución ingeniosa que resuelve dos problemas ambientales de una sola vez.
Según escriben en un artículo aceptado para su publicación en Scientific Reports, al mezclar biocarbón elaborado a partir de lodos de heces humanas procesados en plantas de tratamiento de lodos fecales, su hormigón “produce mejoras significativas en las propiedades del hormigón”.
El hormigón debe su extraordinaria utilidad a una combinación de propiedades. Es maleable cuando está húmedo y se puede verter en casi cualquier forma, pero al fraguar se convierte en un material lo suficientemente resistente como para soportar cargas enormes y lo suficientemente duradero como para perdurar durante décadas (o milenios).
Generalmente se compone de unos pocos elementos en cantidades específicas: arena, grava, agua y el cemento propiamente dicho, que se elabora principalmente con piedra caliza.
Desafortunadamente, esa mezcla de ingredientes es delicada: alterar el equilibrio o sustituir parte del cemento por otro material puede producir un hormigón menos resistente y duradero que el original. No será muy útil como material de construcción si se agrieta bajo presión.
Un sustituto del cemento cada vez más prometedor es el biocarbón, un material rico en carbono que se obtiene calentando materia orgánica en un ambiente con poco oxígeno. La belleza del biocarbón reside en que puede elaborarse a partir de muchos tipos de materia orgánica.
Los seres humanos producimos una cantidad considerable de materia orgánica: hasta unos 400 gramos de excremento por persona al día, lo cual no es mucho a nivel individual, pero cuando se trata de varios millones de personas, resulta sorprendente que nuestras alcantarillas sean tan eficaces.
En fin, todas esas toneladas de excremento que se generan a diario tienen que ir a alguna parte, y ahí es donde empiezan a encajar las piezas.
En India, se han establecido plantas de tratamiento de lodos fecales para gestionar de forma segura los desechos humanos, que pueden procesarse en biocarbón mediante pirólisis; por lo tanto, los investigadores pensaron que si el aserrín, la madera, la cáscara de arroz y otros biocarbones son eficaces para hacer hormigón, ¿por qué no los excrementos?
Para ponerlo a prueba, Tiwari y sus colegas obtuvieron biocarbón de lodos fecales de una planta de tratamiento en Warangal, India. Para elaborar el biocarbón, se secan los lodos fecales y luego se calientan en un ambiente con bajo contenido de oxígeno a temperaturas entre 350 y 450°C. Posteriormente, el biocarbón se muele y se tamiza hasta obtener un polvo fino.
Los investigadores utilizaron este polvo para sustituir cantidades variables de cemento (5, 10 y 15%) en el hormigón convencional, y luego sometieron el hormigón resultante a una serie de pruebas para comprobar su resistencia. Y, por increíble que parezca, un poco de excremento mejoró el hormigón.
Los investigadores midieron la contracción, la resistencia a la compresión, la resistencia a la flexión, la absorción de agua y la porosidad de sus diferentes mezclas, y aquí es donde la cosa se puso realmente interesante. En general, el hormigón más resistente se obtuvo al sustituir el 5% del cemento por biocarbón derivado de excrementos.
Pero el hormigón con excrementos tenía otro truco interesante: seguía ganando resistencia sustancial a medida que fraguaba. Los investigadores informan que, después de 91 días, la mezcla al 5% había registrado incrementos promedio del 20% en la resistencia a la compresión y del 36% en la resistencia a la flexión.
Con una sustitución del cemento del 10%, esos incrementos fueron aún mayores: un 21% para la resistencia a la compresión y un impresionante 42% para la resistencia a la flexión.
El hormigón hecho con excrementos no pareció compensar su resistencia en algunas de las otras propiedades que el equipo probó. Con un 5% de agua, generalmente absorbía menos agua y presentaba menor porosidad que el hormigón convencional, a la vez que su retracción por secado también era menor. Con un 10%, su rendimiento seguía siendo comparable al del hormigón ordinario.
Pero existe, ¿acaso no existe siempre?, algo así como demasiada caca.
Con una sustitución de cemento del 15%, el hormigón seguía ganando resistencia a medida que fraguaba, pero su resistencia general era inferior a la de las versiones con un 5 y un 10% de sustitución.
¿Por qué añadir un poco de excremento hace que el hormigón sea más resistente?
Los investigadores creen que varios efectos actúan en conjunto. Por un lado, el biocarbón de excremento es altamente poroso, plagado de pequeñas cavidades que pueden absorber agua y liberarla gradualmente a medida que el hormigón fragua.
Esto convierte eficazmente las partículas de biocarbón en pequeños depósitos internos, manteniendo el agua disponible para las reacciones químicas que endurecen y fortalecen el cemento. Pero las heces no se quedan ahí sin hacer nada. El biocarbón es rico en sílice, que puede reaccionar con los compuestos producidos durante el fraguado del cemento para formar más silicatos de calcio, que ayudan a dar resistencia al hormigón.
En otras palabras, es puzolánico: la misma amplia clase de reacciones químicas que se explotaron con tanta eficacia en el hormigón de la antigua Roma, solo que con heces humanas en lugar del material volcánico que usaban los romanos.
Por último, las finas partículas de biocarbón pueden rellenar los huecos del hormigón y mejorar la forma en que sus componentes se compactan y se unen. Los investigadores pudieron observar el resultado bajo el microscopio. El hormigón que contenía un 5% de biocarbón presentaba una estructura más densa y con mayor cohesión que el hormigón convencional. Pero al llegar al 15%, esa estructura comenzó a deteriorarse, apareciendo más poros, grietas y zonas mal unidas.
Ahora bien, no vamos a salir corriendo a construir rascacielos con hormigón de excremento mañana mismo. Los investigadores señalan que se necesita más trabajo para evaluar su rendimiento en condiciones reales, como ciclos de congelación y descongelación, salinidad y temperaturas extremas.
También está el problema de la acumulación de metales pesados, un problema conocido en los lodos de depuradora. Encapsular los metales pesados potencialmente dañinos en hormigón podría ser beneficioso, pero se desconoce hasta qué punto permanecerán encapsulados o si se filtrarán con el tiempo. El estudio tampoco evaluó el impacto de este método en las emisiones de carbono.
Sin embargo, sustituir incluso una fracción del cemento del hormigón con un material fabricado a partir de un flujo de residuos que los seres humanos producimos en cantidades inagotables podría solucionar dos problemas a la vez. Y si hay algo que podemos esperar que los humanos produzcan en grandes cantidades de forma constante, sin duda es caca.
La investigación ha sido aceptada para su publicación en Scientific Reports.
Fuente: Science Alert.