Los investigadores han desarrollado una técnica para preservar la bacteria Sporosarcina pasteurii mediante liofilización, creando un polvo estable que puede usarse para producir biocemento de manera más práctica.
Bacterias liofilizadas para producir biocemento: una alternativa ecológica en la construcción
La fabricación y reparación del cemento podría experimentar una revolución gracias al uso de bacterias productoras de biocemento, ofreciendo una alternativa más ecológica y sostenible a los métodos tradicionales.
Sin embargo, el crecimiento de estos microorganismos en el sitio de construcción ha representado un reto significativo. Ahora, un estudio publicado en ACS Applied Materials & Interfaces propone una solución innovadora: la liofilización de bacterias, lo que podría permitir a los trabajadores de la construcción utilizar un simple polvo para fabricar baldosas, reparar pozos petroleros o reforzar el suelo en carreteras provisionales y campamentos temporales.
El potencial del biocemento en la construcción sostenible
Uno de los mayores desafíos que enfrentan los ingenieros civiles es la estabilización del suelo y la reparación de estructuras de hormigón.
En los últimos años, la investigación se ha centrado en una pequeña bacteria llamada Sporosarcina pasteurii, capaz de producir un mineral de calcio conocido como biocemento. Estas bacterias descomponen la urea y forman amonio y carbonato. Luego, al agregar calcio, se obtiene carbonato de calcio, que une las partículas de arena y suelo, permitiendo reparar grietas en el hormigón y reforzar terrenos.
Actualmente, para fabricar biocemento en proyectos de construcción, es necesario cultivar las bacterias en el mismo sitio utilizando equipo especializado y conocimientos técnicos avanzados. Para superar esta limitación, el equipo de Maneesh Gupta desarrolló un método para preservar las bacterias en un formato estable y fácil de usar.
Liofilización de bacterias: una solución práctica
Inspirados por los fabricantes de fertilizantes que utilizan componentes biológicos liofilizados, los investigadores suspendieron las bacterias en distintas soluciones y analizaron su resistencia al congelamiento. Descubrieron que la sacarosa era el mejor protector para mantener las bacterias viables. Tras la congelación, los microorganismos fueron secados y almacenados en bolsas plásticas reutilizables. Se comprobó que las bacterias tratadas con sacarosa permanecieron activas por al menos tres meses.
Las pruebas de laboratorio revelaron que las bacterias liofilizadas podían cementar la arena dentro de moldes cilíndricos impresos en 3D. Se prepararon columnas con arena de juego (similar a la usada en areneros infantiles) y con suelo arenoso natural.
Al rociar las columnas varias veces con cloruro de calcio y urea, las bacterias produjeron biocemento. Se observó que las muestras de biocemento formadas con arena de juego eran más resistentes que las elaboradas con suelo natural. En otro experimento, se llenaron tubos de PVC con bacterias liofilizadas y suelo arenoso sin retirar el biocemento del tubo. Se comprobó que cuanto mayor era la exposición a cloruro de calcio y urea, mayor era la resistencia del material.
Aplicaciones en el campo y beneficios ambientales
En pruebas de campo, se aplicaron bacterias liofilizadas sobre parcelas de 1 metro por 1 metro, tras lo cual se rociaron con cloruro de calcio y urea. En solo 24 horas, los primeros 7,6 centímetros de la superficie se endurecieron de manera significativa, demostrando la eficacia del método.
Este avance representa un paso clave hacia la implementación del biocemento a gran escala, ofreciendo beneficios tanto ambientales como económicos. La reducción de la necesidad de grandes cantidades de cemento convencional podría disminuir las emisiones de CO₂, ya que la producción de cemento Portland es responsable de cerca del 8 % de las emisiones globales de carbono.
Además, esta tecnología podría ser utilizada en infraestructuras sostenibles, como carreteras ecológicas, refuerzo de suelos para vallas solares y reparaciones estructurales con menor impacto ambiental.
Futuro del biocemento y su potencial en energías renovables
Aunque es necesario realizar más investigaciones para optimizar el proceso, este estudio demuestra que la liofilización de S. pasteurii permite su almacenamiento y uso en entornos reales.
A futuro, esta tecnología podría integrarse en proyectos de infraestructura sostenible, incluyendo el refuerzo de suelos para parques eólicos y fotovoltaicos, la creación de materiales de construcción biodegradables y la mejora de terrenos destinados a la instalación de vallas solares en regiones de alta erosividad.
El biocemento representa una solución innovadora para la construcción sostenible y la mitigación del impacto ambiental de la industria cementera. A medida que estas tecnologías continúan desarrollándose, podrían jugar un papel fundamental en la transición hacia una economía circular y la reducción de la huella de carbono del sector de la construcción.
Más información: Shelf-Stable Sporosarcina pasteurii Formulation for Scalable Laboratory and Field-Based Production of Biocement.
