Alternativas al hormigón fabricadas con caña de azúcar

DE LOS RESIDUOS AGRÍCOLAS A LAS ESTRUCTURAS

SOSTENIBLES:

Alternativas al hormigón fabricadas con caña de azúcar

Encontrar soluciones efectivas y

valiosas para la gestión de residuos agrícolas ha sido un desafío inspirador para los investigadores. Los subproductosdemonocultivos,comolosresiduosdela producción de soja, las mazorcas de maíz, la paja, las semillas de girasol y la celulosa, a menudo se destinan a la compostación del suelo, se utilizan como alimento para animales o incluso se convierten en energía para reducir los residuos y mitigar los impactos ambientales asociados con las actividadesagrícolas.Laproduccióndecaña de azúcar, por ejemplo, genera una cantidad significativa de residuos, totalizando alrededor de 600 millones de toneladas de residuos de fibra de bagazo de una producción anual de dos mil millones de toneladas de caña de azúcar. Este residuo tieneunpotencialprometedorparareemplazar sistemas de construcción intensivos en energía, como el concreto y el ladrillo, proporcionando materiales de construcción que combinan sostenibilidad y eficiencia estructural.

Con esta perspectiva en mente, la UniversidaddeEastLondon(UEL),encolaboración con Grimshaw Architects y el fabricante Tate & Lyle Sugar, ha desarrollado un innovador material de construcción llamado Sugarcrete™. El objetivo del proyecto es explorar soluciones de construcción sostenible mediante el reciclaje de residuos biológicos de caña de azúcar, lo que a su vez reduce las emisiones de carbono en la industria de la construcción, y priorizando la sostenibilidad social y ambiental durante la producción e implementación de estos materiales de construcción.

"La principal innovación de Sugarcrete™ es

desafiar la idea establecida de que los biomateriales tienen un bajo rendimiento estructural y crear un material con suficiente resistenciaestructuralparaserautoportante", dice Armor Gutierrez Rivas, profesor principal de arquitectura. Como explica, "el proyecto comenzó como parte de una investigación informada por la enseñanza realizada como parte del Master de Arquitectura en la Universidad de East London (UEL),queseocupadelusodesolucionesde

construcción innovadoras que aborden los problemas locales. Mientras trabajábamos en propuestas de reurbanización en Silver Town en los Royal Docks, nos involucramos con el tejido industrial existente del área y comenzamos a buscar alternativas de construcción, incluidos los subproductos de la producción de azúcar de Tate & Lyle. Las exploraciones iniciales se probaron y optimizaronutilizandonuestrasinstalaciones devanguardiaenelInstituto deInvestigación de Sostenibilidad (SRI) y más tarde se implementaron como losas de Sugarcrete™ en asociación creativa con arquitectos de GrimshaweingenierosdeAKTII". Básicamente, Sugarcrete™ se crea combinando bagazo con aglutinantes minerales. El producto final es más ligero que el ladrillo tradicional y solo tiene el 15-20% de su huelladecarbono.Alutilizarunafraccióndel 30% de la producción mundial de bagazo, Sugarcrete™ tendría el potencial de reemplazar completamente la industria tradicionaldelladrillo,loqueresultaríaenun ahorro de 1.08 mil millones de toneladas de CO2 (equivalente al 3% de la producción mundial de dióxido de carbono). La caña de azúcartieneunatasadecrecimientorápiday es hasta 50 veces más eficiente que la silvicultura cuando se trata de convertir el

CO2 en biomasa, lo que la convierte en un material prioritario para lograr emisiones netas cero. Además, el material tiene buenas características estructurales, es aislante, resistentealfuego,fácildeusarconmanode obra no calificada y tiene una cadena de suministro simplificada debido a su composiciónsimple.

Según Bamdad Ayati, investigador del Instituto de Investigación de Sostenibilidad de la UEL, "el proceso de producción de Sugarcrete™ es bastante simple y se asemeja a la fabricación convencional de bloques de concreto. Implica la proporción de materiales, la mezcla, el moldeado y el secado/curado. Los componentes del aglutinante son de base mineral y están ampliamentedisponiblesenlugaresconuna industria azucarera establecida. Al igual que otros materiales de construcción, los desafíos de producción a gran escala están asociados con la variabilidad en la materia prima en términos de contenido de humedad, tamaño de partícula, impurezas no deseadas,etc."

El equipo de desarrollo, en colaboración con la firma de arquitectura global Grimshaw, incorporó el concepto de geometrías entrelazadas para explorar nuevas posibilidades para la aplicación del producto.

Inventado y patentado en 1699 por el ingeniero francés Joseph Abeille, el método de entrelazamiento fue revisado por Amédée François Frézier en 1739 y por Truchet's Traité de Stéréotomie en 1737. Posteriormente, fue desarrollado en el siglo XXI por varios equipos de investigación, incluidos Yuri Estrin, Arcady Dyskin y Giuseppe Falacara; Michael Weizmann; y los arquitectos de AAU Anastas junto con el ingeniero Maurizio Brocato. El concepto se aplicó a Sugarcrete para crear placas compuestas desmontables, reutilizables y resistentes al fuego,denominadas'losasdeSugarcrete™'.

Estas son parte de una serie de prototipos destinados a desarrollar soluciones de construcción innovadoras que puedan implementarse,desmontarseoampliarseen estructurasnuevasyexistentes.

El proyecto utiliza un sistema de entrelazado como un kit de partes que permite construir grandesestructurasutilizandocomponentes pequeños y discretos sin necesidad de mortero. Debido a su reciprocidad y red de fuerzas distribuidas, este sistema supera a los ensamblajes monolíticos tradicionales.

El proceso de moldeo se utiliza para minimizar el desperdicio de materiales y permite la reutilización del encofrado y una producción masiva simplificada, así como oportunidades de Diseño para la Fabricación yelEnsamblaje(DfMA).

Según Elena Shilova, arquitecta de Grimshaw, y Andy Watts, director de tecnología de diseño, el proyecto utilizó una cadena de herramientas digitales completa para la fabricación, integrando el cálculo de materiales, el diseño paramétrico y la fabricación robótica. El proceso comenzó ingresando las propiedades de los materiales en una herramienta digital de análisis de carbono para evaluar la huella respectiva. Se empleó un modelo generativo para transformar patrones 2D en geometrías 3D de componentesinterconectados.

Utilizando un brazo robótico de 6 ejes, el modelo digital generó trayectorias de herramientas para fabricar los moldes (después del curado y el escaneo 3D, cualquier desviación en los componentes se incorporó de nuevo en el modelo digital). Se utilizó un conjunto de asistencia de realidad aumentada para probar la secuencia de

construcción, lo que llevó a un ensamblaje a gran escala. Después del ensamblaje, el elemento arquitectónico se escaneó tridimensionalmente nuevamente para calibración.

Esta cadena de herramientas digitales permite crear un sistema de kit de piezas flexible y personalizable con este material sostenible, integrando los mundos digital y físico y adoptando las características únicas de los materiales naturales. Como señala Elena, "Creemos que la tecnología puede hacer precisamente eso: desplegar un material natural, con su irregularidad, imperfección y naturaleza artesanal, mediante el poder del diseño computacional y la fabricación avanzada. A cambio, al habilitar el material local, habilitamos también a la gente y a la comunidad local: porque el avance tecnológico no debe ser exclusivo de la arquitectura costosa de cristalyhormigón".

La investigación sobre Sugarcrete™ se publicó intencionadamente sin patente para animaralosproductoreslocalesaadoptarel material y reducir el uso de cemento. Como afirmaAlanChandler,codirectordelInstituto de Investigación sobre Sostenibilidad de la UEL, "en colaboración con Tate & Lyle Sugars realizamos búsquedas de patentes y determinamos dónde se había patentado el bagazo en el desarrollo de materiales de construcción y cuál era nuestro ámbito de actuación. Llegamos a la conclusión de que nuestro trabajo era original y podíamos presentar una patente, pero decidimos colectivamente no hacerlo. En primer lugar, queríamos compartir nuestros conocimientos con las comunidades productoras del Sur, en lugar de controlar sus productos. Nuestra decisión de no patentar fue más éticaquefinanciera".

De hecho, las consideraciones éticas en tornoalainnovaciónylacadenadesuministro fueron fundamentales para el diseño del proyecto, cuyo objetivo es establecer cadenas de suministro viables, justas y sólidas que garanticen resultados equitativos tanto para los productores como para losusuarios.Conellosepretendeabordarno sólo la reducción de las emisiones de carbono, sino también la sostenibilidad social y medioambiental. El equipo también

ha estado identificando emplazamientos en regiones productoras de azúcar del Sur Global para ampliar aún más las oportunidades de aplicación y tiene previsto probar pronto el prototipo en escenarios del mundo real.

A través de un desarrollo cuidadoso y consciente, Sugarcrete nos aporta optimismo sobre el futuro escenario de la industria de la construcción, cuyo impacto medioambiental negativo es significativo y requiere una acción eficaz (y rápida). Como explica Alan Chandler, "la ética de la innovación de materiales para hacer frente a la crisis climáticadebediseñarlacadenadesuministro, así como la especificación del rendimiento.Elcarbonoencabezalalista;también hay que mencionar la toxicidad en relación con la salud y la seguridad en los procesos deconstrucción.

El uso de bagazo y otros productos biológicos de rápido crecimiento en combinación con aglutinantes minerales inertes, no sólo para las capas aislantes sino también para la estructura, está empezando a eliminar de las obras las líneas de productos químicamente denostados y basados en combustibles fósiles. Esto aborda directamente las prioridades de seguridad de la Ley de Seguridad en la Construcción durante las

secuencias de fabricación, construcción, demolición,reutilizaciónyeliminación".

Elena Shilova concluye diciendo que "mirandoatravésdelasindustrias,podemos encontrar muchas oportunidades para materiales locales y sostenibles y subproductos agrícolas/industriales no utilizados. Estos materiales, que pueden no parecer glamurosos y elegantes, son la nueva alta tecnología ante la emergencia climática". La emergencia climática exige un nuevo lenguaje arquitectónico para materiales como Sugarcrete™, para aprovechar realmente su potencial y celebrarlos, sin recubrirlos ni ocultarlos para conseguir un aspecto "moderno". Este nuevo lenguaje arquitectónico y el cambio de mentalidad haránque,enúltimainstancia,losmateriales naturales resulten atractivos para los clientes, aumentando la demanda y bajando elpreciograciasalaseconomíasdeescala."

El reconocimiento del enfoque innovador de Sugarcrete™ en materia de construcción sostenible llevó a su nominación a Earthshot award de este año, conocido como el mayor galardón mundial para el medio ambiente, que celebra las soluciones innovadoras que tienenunimpactopositivoenelplaneta.Para seguir los avances del proyecto y obtener másinformación,visiteelsitioweboficial.