El grafeno sustituye a la arena para hacer hormigón hasta un 25% más ligero pero igual de resistente

Cuando piensas en los recursos que nos estamos quedando sin, puede que la arena no ocupe un lugar destacado en tu lista, pero sí lo está gracias a nuestra gran demanda de hormigón. Los científicos de la Universidad Rice han demostrado ahora que la sustitución del grafeno no sólo puede ahorrar arena, sino que también hace que el hormigón sea más ligero, resistente y resistente.

El mundo enfrenta una crisis ambiental y de recursos debido a la alta dependencia del hormigón, el segundo material más consumido después del agua. La extracción de arena, un componente esencial del hormigón, supera la capacidad de reposición natural, lo que desencadena graves problemas ecológicos.

Innovación de la Universidad de Rice

Investigadores de la Universidad de Rice han descubierto que el grafeno derivado del coque metalúrgico, un producto basado en el carbón, podría reemplazar la arena en el hormigón. Este avance, liderado por James Tour, profesor de química, ciencia de materiales y nanoingeniería, tiene el potencial de mejorar la industria de la construcción.

Beneficios del grafeno en el hormigón

El hormigón con grafeno no solo iguala las propiedades mecánicas del hormigón estándar, sino que también ofrece una mayor relación resistencia-peso. “Nuestro hormigón es un 25% más ligero pero igual de resistente”, afirma Tour.

Ahorrar arena tampoco es el único beneficio. El hormigón resultante fue un 25% más ligero que el hormigón elaborado con un agregado normal y mostró un aumento del 32% en tenacidad, un 33% en deformación máxima y un 21% en resistencia a la compresión. En el lado negativo, hubo una reducción del 11% en su módulo de Young, una medida de la resistencia de un material a la deformación por estiramiento.

Reducción del impacto ambiental

El hormigón está hecho de tres ingredientes principales: agua, un agregado como arena y cemento para unirlo todo. La arena es el mayor componente en volumen y, dado el insaciable apetito de la humanidad moderna por el hormigón, la extracción de arena está aumentando. Este proceso no sólo es destructivo, sino que corre el riesgo de quedarse sin fuentes.

La producción de cemento, componente clave del hormigón, es responsable del 8% de las emisiones globales de dióxido de carbono. Además, la minería de arena, en gran parte no regulada, daña ecosistemas fluviales y costeros. La tecnología desarrollada en Rice podría disminuir la dependencia de la arena natural y reducir las emisiones de carbono de la industria del concreto.

Proceso Innovador: Calentamiento Joule

El laboratorio de Tour ha usado la técnica de calentamiento Joule para convertir el coque metalúrgico en grafeno. Esta técnica produce grafeno más rápido y a mayor escala que los métodos anteriores.

Satish Nagarajaiah, profesor de ingeniería civil y ambiental, destaca que el 30% del hormigón se compone de arena. El coque metalúrgico podría no solo mejorar la calidad del hormigón sino también reducir costes significativamente. Sin embargo, el precio del grafeno aún debe reducirse para que esta solución sea viable a gran escala.

Este estudio, respaldado por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU., la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y la Fundación Nacional de Ciencias, abre camino hacia prácticas de desarrollo urbano más sostenibles, abordando la inminente «crisis de la arena» y ofreciendo alternativas viables para el futuro de la construcción.

Más información: Rice University