En un informe publicado en la revista “Cement and Concrete Composites”, un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Washington y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico crearon nanocristales y nanofibras de quitina, el segundo biopolímero más abundante en la naturaleza, a partir de caparazones de camarón de desecho. Cuando estos diminutos fragmentos de quitina, que son unas 1000 veces más pequeños que un cabello humano, se agregaron a la pasta de cemento, el material resultante era hasta un 40 % más fuerte. El tiempo establecido para el cemento, o cuánto tarda en endurecerse, también se retrasó más de una hora, una propiedad deseada para el transporte de larga distancia y el trabajo de concreto en clima cálido.

“La industria del concreto está bajo presión para reducir sus emisiones de carbono de la producción de cemento”, dijo Somayeh Nassiri, profesora asociada de la Universidad de California, Davis, quien dirigió la investigación en WSU. “Al desarrollar estos novedosos aditivos que mejoran la resistencia del concreto, podemos ayudar a reducir la cantidad de cemento requerido y reducir las emisiones de carbono del concreto”.

El hormigón se utiliza en todo el mundo en infraestructura crítica como edificios, puentes y carreteras. Es el material más utilizado en la tierra después del agua. La producción de cemento es intensiva en carbono, lo que requiere el uso de combustibles fósiles para alcanzar las altas temperaturas requeridas (1500°C). La piedra caliza utilizada en su producción también pasa por una descomposición que produce dióxido de carbono adicional. La producción de cemento comprende alrededor del 15% del consumo de energía industrial y alrededor del 5% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero en todo el mundo. El alto consumo del material también se debe en parte al desafío de la durabilidad: el concreto se agrieta fácilmente y debe repararse o reemplazarse con frecuencia, dice Nassiri.

Mientras tanto, los desechos de mariscos son un problema importante para la industria pesquera, que genera entre 6 y 8 millones de libras de desechos anualmente en todo el mundo. La mayor parte de esos desechos se vierten en el mar, dice Hui Li, profesor asistente de investigación en el Centro de Ingeniería y Materiales Compuestos de WSU y autor correspondiente del artículo.

“En el mundo actual, lidiando con el cambio climático a través de la economía circular, queremos utilizar materiales de desecho tanto como sea posible. El desperdicio de una persona es el tesoro de otra persona”, dijo.

Los investigadores han trabajado para mejorar el concreto con un biopolímero común similar, la celulosa. A veces, los aditivos de celulosa ayudarían al concreto y, a veces, no. Los investigadores estaban desconcertados en cuanto a por qué.

En su trabajo, el equipo de WSU estudió los materiales de quitina a nanoescala. Los caparazones de cangrejos, camarones y langostas se componen de aproximadamente un 20-30% de quitina y gran parte del resto es carbonato de calcio, otro aditivo útil para el cemento. En comparación con la celulosa, la quitina a escala molecular tiene un conjunto adicional de átomos, un grupo funcional, que permite a los investigadores controlar la carga en la superficie de las moléculas y, en consecuencia, cómo se comportan en la lechada de cemento.

“Poder controlar la carga en la superficie es una pieza importante para controlar cómo funcionan en el cemento. Podríamos hacer eso simplemente en la quitina debido al grupo carboxilo que se encuentra en el polímero de quitina”, dijo el profesor de WSU Regents Michael Wolcott, autor correspondiente del artículo.