Nuevo material resistente al fuego, natural y aislante
Hace apenas una semana, me habría parecido increíble que mezclar de serrín, pepitas de melón y desechos orgánicos pudiera dar lugar a un material de construcción resistente al fuego y aislante ¡Pero aquí lo tenemos!
El nuevo material es obra de investigadores de la ETH Zúrich y el instituto Empa, que destacan su robusta resistencia mecánica y una protección excepcional contra el fuego.
Y es que encima es 100% reciclable, barato de fabricar y una liberación total de humo extremadamente baja en caso de incendio
Una ventaja clave es su circularidad, fomenta una economía circular al permitir el reciclaje total de los componentes o su reutilización como fertilizantes…
¿Cómo se obtiene este nuevo material natural?
Para entender este innovador material para construcción, es fundamental ver algunos conceptos clave que permiten su transformación para alcanzar su alto rendimiento:
- Serrín: Es el principal subproducto de la industria de la madera.
Actualmente, millones de toneladas se desperdician o queman para obtener energía. En este estudio, se utiliza como base orgánica para crear un nuevo material.
- Estruvita: Es un mineral que aquí funciona como un aglutinante o «pegamento» mineral y es un retardante de llama activa.
A diferencia de los pegamentos químicos, la estruvita o struvita es inorgánica, no tóxica y puede actuar como fertilizante de liberación lenta. Se obtiene principalmente de los residuos orgánicos (Purines, estiércol, aguas residuales, etc)
- Cuerpos proteicos de semillas de sandía (UPBs): Se extraen de las semillas de sandía y contienen una enzima llamada ureasa.
Su función es controlar la formación de los cristales de estruvita. Sin este control, los cristales serían demasiado pequeños y el material sería débil.
Tradicionalmente, la integración de la estruvita en materiales de madera resultaba compleja pese a su capacidad ignífuga. Aquí, el equipo acertó al utilizar la enzima derivada de semillas de sandía para controlarla.
En este punto, el proceso de producción es simple; basado en el moldeado y secado a temperaturas bajas, que además consume menos energía en comparación con los materiales de construcción comunes.
El material resultante de combinar lo orgánico (serrín) con lo inorgánico (estruvita) es un bloque robusto y resistente, similar en fuerza a la madera natural en ciertas direcciones.
Pero además, la estruvita es un retardante de llama activo. Cuando se calienta, libera vapor de agua y amoníaco, lo que enfría la superficie y crea una capa protectora de carbón que impide que el material se queme o propague el fuego.
En pruebas de penetración de llama, mientras la cara expuesta a un soplete de butano alcanzaba los ~900 °C, la cara posterior se mantuvo a una temperatura inferior a los 30 °C durante más de 5 minutos
Si miramos las características técnicas que proporciona el estudio con relación a su resistencia a compresión y al fuego tenemos lo siguiente:
Resistencia a la compresión
- Fuerza máxima: El material alcanza una resistencia a la compresión de 4.71 ± 0.37 MPa en sus versiones de alta densidad (~780 kg m⁻³)
- Anisotropía (Direccionalidad): Debido a la compactación durante su fabricación, el material es más fuerte cuando se presiona perpendicularmente a la dirección de compactación (~4.5 MPa) que cuando se hace de forma paralela (~3.0 MPa)
Su resistencia en la dirección perpendicular supera la resistencia transversal de la madera natural de abeto de Noruega, que es de aproximadamente 4.2 MPa
Resistencia al fuego
- Ignición y autoextinción: El tiempo de ignición promedio es de 51 ± 1 segundos bajo un flujo de calor de 50 kW m⁻². El material presenta una autoextinción rápida de la llama y no propaga el fuego.
- Liberación de calor y humo: Posee un pico de liberación de calor (pkHRR) bajo de 118 ± 2 kW m⁻² y una liberación total de humo extremadamente baja de 74 ± 4 m² m⁻².
- Reacción química activa: La estruvita funciona como un retardante activo ya que, al calentarse, sufre una reacción endotérmica que libera vapor de agua y amoníaco, lo que enfría la superficie y diluye los gases inflamables
- Integridad física: Tras las pruebas de combustión forzada, el material conserva el 88 ± 4% de su peso original, lo que demuestra que solo se carboniza la superficie
Según se recalca en el informe, los análisis sugieren que el material cumpliría con los requisitos para obtener una calificación Euroclase B. Al estilo de las placas de yeso laminado (PYL), paneles de madera ignifugada, muchos de los suelos laminados y vinílicos.
Y no olvidemos que estamos ante paneles totalmente sostenibles, con materiales naturales y que además se pueden reciclar sin un coste excesivo.
Tres materiales naturales que combinados son perfectos
Si por separado desgranamos qué aporta cada material, vemos perfectamente porqué la combinación es tan efectiva:
| Material | Origen / Naturaleza | Función Principal |
|---|---|---|
| Serrín | Subproducto masivo de la industria de la madera (principalmente de coníferas) | Actúa como la base estructural y proporciona una superficie rugosa para el anclaje mecánico del mineral |
| Cuerpos Proteicos (UPBs) | Extraídos de las semillas de sandía, un subproducto agrícola | Contienen la enzima ureasa, que controla la formación de cristales grandes de estruvita para unir el serrín de forma robusta |
| Estruvita | Mineral inorgánico compuesto por magnesio, amonio y fosfato | Funciona como un aglutinante (pegamento) reciclable que aporta resistencia mecánica y protección activa contra el fuego |
1.- Serrín
El serrín actúa como la base estructural orgánica del material, aportando las siguientes capacidades:
- Recurso para la valorización: Es un subproducto lignocelulósico masivo de la industria de la madera. En lugar de ser incinerado (generando emisiones de carbono), se utiliza como materia prima.
- Anatomía para el anclaje mecánico: Su topografía superficial rugosa y sus poros naturales permiten que los cristales del pegamento mineral se formen dentro y alrededor de ellos, logrando un fuerte entrelazamiento mecánico.
- Resistencia y orientación: Al ser compactado, las partículas de serrín se alinean de forma preferencial. Otorga al material propiedades mecánicas similares a las de la madera natural.
- Formación de capa carbonizada: Durante un incendio, contribuye a la formación de una capa protectora de carbón que ayuda a aislar el material.
2.- Pepitas de sandía
De las semillas de sandía se extraen «cuerpos proteicos ureolíticos» (UPBs) que tienen capacidades biotecnológicas esenciales:
- Control de la cristalización: Contienen la enzima ureasa, que descompone la urea de forma lenta y controlada. Permite que los cristales del pegamento crezcan de forma precisa y alcancen un tamaño grande, ideal para unir el serrín.
- Estabilidad enzimática: A diferencia de la ureasa aislada, los cuerpos proteicos de la sandía mantienen su actividad bajo condiciones químicas duras y durante largos periodos de almacenamiento.
3.- Estruvita (Pegamento natural)
El aglutinante mineral utilizado es la estruvita, la cual posee capacidades funcionales y ecológicas únicas:
- Consolidación robusta: Funciona como un «pegamento» inorgánico que rodea y une las partículas de serrín. Aumenta la resistencia a la compresión comparable a la madera de abeto.
- Protección activa contra el fuego: Es un retardante de llama activo. Al calentarse, libera vapor de agua y amoníaco (reacción endotérmica), lo que enfría la superficie y diluye los gases inflamables.
- Reciclabilidad infinita: Puede recuperarse totalmente del material usado mediante procesos químicos suaves en agua, permitiendo fabricar nuevos bloques sin perder calidad mecánica. Incluso puede emplearse como un fertilizante de liberación lenta de nitrógeno y fósforo.
🟧 Puedes comparar este nuevo compuesto en nuestro artículo de propiedades materiales aislantes térmicos. o entender mejor el concepto de aislamiento térmico y sus características.
Ya no solo tenemos un material ideal para su uso en paredes internas dentro del sector de la edificación. Una vez que el material ha cumplido su vida útil como elemento de construcción, puede triturarse y utilizarse para la mejora de suelos, o utilizar el serrín recuperado para generar energía.
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