¿Qué son los biomateriales y cómo se usan para la construcción?

Según el Consejo Internacional de Investigación e Innovación en Edificación y Construcción, este sector es responsable de entre un 12% y un 16% del consumo de agua, un 25% de la madera cosechada, el 40% de los materiales vírgenes extraídos y del 20% al 30% de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). Además genera un 40% del flujo total de residuos.

En sintonía con la sensibilidad social ecológica, avanza la arquitectura sostenible y uno de sus pilares es precisamente la investigación y el desarrollo de biomateriales como alternativa a los tradicionales.

Por ejemplo, de acuerdo con el Laboratorio de Ingeniería Sostenible de España, producir una tonelada de cemento requiere 1,5 toneladas de roca caliza y el consumo de grandes cantidades de combustibles fósiles, y su empleo es dominante en varios tipos de infraestructuras, desde las urbanísticas a las de alta ingeniería como puentes, presas, puertos o viaductos, por poner solo unos ejemplos. Pues bien, cada año la industria del hormigón —el material de construcción más empleado en el mundo y, tras el agua, el producto más consumido del planeta— emplea 1,6 billones de toneladas de cemento y un billón de toneladas de agua.

El profesor y autor David F. Williams, quien dirigió la revista científica ‘Biomaterials’, define los biomateriales llanamente como aquellos “que interactúan con sistemas vivos”. Pero edificar con un menor impacto medioambiental no admite cualquier material biológico, debe cumplir varios requisitos fundamentales: que provenga de recursos naturales y su producción sea sostenible, que cumpla su función constructiva (es decir, que sea resistente, seguro, no tóxico y duradero) y, una vez concluida su vida útil, que pueda reciclarse y sumarse a la economía circular o que sea biodegradable.

El reto de sustituir al plástico

Buena parte de las investigaciones actuales se centran en buscar una alternativa ‘eco’ al plástico, no solo en el sector de la construcción sino en cualquier otro, como la alimentación, donde su uso sea masivo y global. De ahí su capacidad contaminante en general, y en particular en versiones especialmente peligrosas como los microplásticos presentes en el mar y la cadena trófica.

Aunque este material no se integra en la estructura de los edificios, sí está presente en aislamientos, recubrimientos, techos, ventanas y tuberías, además de muebles y objetos cotidianos de las viviendas. “Ahora mismo en lo que más se investiga es en bioplásticos”, indica Eva Paz Jiménez, del departamento de Ingeniería Mecánica del Instituto de Investigación Tecnológica de la Universidad Pontificia de Comillas. “El principal componente del plástico es el carbono, que hasta ahora se extraía de recursos fósiles como el petróleo. Pero también se puede obtener un material cuya composición fundamental sea el carbono a partir de recursos naturales de origen vegetal, por ejemplo maíz, caña de azúcar, remolacha, residuos orgánicos…”.

Sin embargo, y con el objetivo de reducir el coste de los bioplásticos, es necesario invertir en innovaciones para producirlos de forma más económica. “Algunas técnicas fáciles para contrarrestar este problema de costos incluyen el uso de materias primas baratas como los desechos agrícolas o del procesamiento de alimentos, desechos líquidos generados por las plantas de tratamiento de aguas residuales o la fracción orgánica de los desechos municipales”, apunta la experta.

Para sustituir a los plásticos en diversos usos ya se han desarrollado biocompuestos a base de materiales como la celulosa, la quitina (parte de las paredes celulares de los hongos) o el quitosano (procedente de las cáscaras de crustáceos). “Estos polisacáridos son muy importantes porque hablamos de recursos abundantes y renovables”, explican científicos de la Universidad de Sao Paulo (Brasil).

El redescubrimiento de la madera

Pero los biomateriales no tienen por qué proceder solamente de sofisticados procesos tecnológicos. Algunos, como la madera, siempre han estado ahí, aunque en parte quedó arrinconada por la arquitectura moderna y el desarrollo de materiales sintéticos. Pero algunos arquitectos reivindican su regreso.

En 2019, un estudio sobre su uso en fachadas sostenía que “la producción de madera como material de construcción implica solo alrededor del 10% del consumo de energía necesario para producir una cantidad equivalente de acero. Su huella de carbono es significativamente menor que la de este metal, el vidrio o el hormigón”. Dado que los árboles almacenan carbono en el tejido de la madera, pueden secuestrar dióxido de carbono (CO2) de manera eficiente y contrarrestar las emisiones asociadas a otros materiales. De ahí que la reforestación sea una de las estrategias clave para alcanzar la neutralidad en carbono como uno de los grandes objetivos de los acuerdos climáticos.

Uno de sus máximos defensores en la arquitectura sostenible es Pierre Blanchet, de la Universidad de Quebec (Canadá). “La madera es un material muy versátil y fácil de trabajar. Los diferentes usos de los compuestos de madera se diversifican constantemente para permitir al diseñador un mayor uso de ellos”, explica.

Entre sus beneficios destaca una mayor rapidez de montaje, la sensación de confort y calidez, o versatilidad para diseñar espacios a medida. “Gracias a su facilidad de mecanizado, debería posicionarse como la campeona de la personalización”, afirma Blanchet, quien ha realizado experimentos para mejorar la capacidad térmica: “Los pisos fabricados con tableros impregnados podrían almacenar energía solar y así mejorar la eficiencia energética de los edificios. El objetivo es almacenar tanta fibra como sea posible en los edificios y convertir el material de construcción en un sumidero de carbono”. Otro de los objetivos es optimizar la durabilidad, que resista mejor la humedad y los cambios de temperatura y evitar que se degrade antes de tiempo.

Pero su producción debe respetar los bosques, como subraya Eva Paz Jiménez: “Si ahora todos nos dedicamos a construir con madera, ¿empezaríamos a talar todos los árboles? ¿Haríamos nuevas plantaciones y gastaríamos mucha agua para mantenerlas?”. La respuesta a estos retos de la producción y la gestión sostenibles es una de las líneas de investigación más destacadas.

A este respecto, Blanchet opina que “la madera, por su naturaleza de base biológica, es el único material del cual se puede gestionar su renovación, ya que la reforestación se realiza en la escala de tiempo humana, a diferencia de la renovación de recursos minerales o petrolíferos que se realiza en la escala temporal de la vida del planeta. Pero la tala utiliza una gran superficie de territorio y esta es su principal desventaja. Para superarla, la sociedad debe aceptar que dediquemos áreas al crecimiento de árboles de la misma manera que dedicamos áreas agrícolas para alimentarnos”.

Cementos e hidrogeles

Otro de los campos de investigación prioritarios busca alternativas al cemento, todo un reto por su uso masivo como soporte estructural. De momento, el hormigón biológico existente tiene limitaciones en términos de resistencia, ductilidad, durabilidad y agrietamiento, aunque su vida útil puede ser mayor que la del hormigón clásico. Algunas bacterias utilizadas en el biohormigón son patógenas y no pueden aplicarse directamente en estructuras de casas y oficinas para evitar riesgos de salud. Acentuar las ventajas y reducir los inconvenientes es por tanto el objetivo de la ciencia.

Por su parte, los hidrogeles (polímeros que se hinchan al absorber agua) también emergen como nuevos materiales en diferentes aplicaciones, entre ellas la arquitectura y el diseño. Su aportación puede orientarse a tres fines, según un artículo publicado en ‘Material Studies’: mejorar el rendimiento y la capacidad de respuesta de los componentes del edificio, por ejemplo el acristalamiento y las ventanas; servir de estructura ambiental con objeto de regular la temperatura y la humedad; y en fachadas de vidrio donde permiten la contracción a baja temperatura para la entrada de luz solar o la expansión con el calor a modo de persiana.

Por su parte, algunos estudios de diseño se han especializado en la investigación con biomateriales. Es el caso de Modern Meadow (Nueva York), fundado como “colaboración multidisciplinaria entre el diseño, la biología y la ciencia de los materiales para conducir a formas más inteligentes de fabricar materiales evolucionados, inspirados en la naturaleza y cultivados a partir de los elementos esenciales de la vida: células, ADN y proteínas".

Cambio de mentalidad

Para que la construcción y las infraestructuras sostenibles se conviertan en una realidad cotidiana es preciso afrontar varios desafíos. Blanchet reclama “una mayor presión reguladora”, es decir, que las certificaciones ambientales sean más exigentes. La conciencia social juega un papel cada vez más relevante y los cambios en cuanto al concepto de comunidad, de ciudad, de vivienda y de hogar, más allá del tradicional como bien inmobiliario que pasa de generación en generación.

“Uno de los grandes hándicaps —señala Eva Paz Jiménez— es que socialmente se duda de la durabilidad de materiales como la madera. Pero hay que pensar que su durabilidad es la vida del usuario. Los hijos ya se construirán su propia casa. Requiere un cambio de mentalidad en ese sentido”. También emergen nuevos formatos de vivienda favorables a “un tipo de edificio que se adapte a la sociedad de hoy en día, que busca productos rápidos, personalizados y fungibles”, finaliza la experta.