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Desarrollan material que puede autorepararse utilizando CO2 del ambiente

Instituto Tecnológico de Massachusetts
Ilustración de las propiedades de autocuración del nuevo material. En la parte superior, existe un daño en el material, que se compone de un hidrogel (verde oscuro) con cloroplastos derivados de plantas (verde claro) incrustados en él. En la parte inferior, en presencia de luz, el material reacciona con el CO2 en la atmósfera para expandirse y llenar el vacío, reparando el daño. Imagen modificada de Advanced Materials.

Un material diseñado por ingenieros químicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) es capaz de reaccionar con el dióxido de carbono de la atmósfera para crecer, fortalecerse e incluso repararse a sí mismo. El polímero, que algún día podría usarse como material de construcción o reparación o para recubrimientos protectores, convierte continuamente el gas de efecto invernadero (CO2) en un material a base de carbono que se refuerza a sí mismo.

La versión actual del nuevo material es una sustancia sintética similar a un gel que realiza un proceso químico similar a la forma en que las plantas incorporan el dióxido de carbono del aire en sus tejidos en crecimiento (fotosíntesis). El material podría, por ejemplo, convertirse en paneles de una matriz liviana que podría enviarse a un sitio de construcción, donde se endurecerían y solidificarían solo por la exposición al aire y a la luz solar, ahorrando así la energía y el costo de transporte.

El hallazgo se describe en un artículo en la revista Advanced Materials, por el profesor Michael Strano, su estudiante de postdoctorado Seon-Yeong Kwak, y otros ocho integrantes del MIT y de la Universidad de California en Riverside.

“Este es un concepto completamente nuevo en la ciencia de los materiales”, dice Strano. “Lo que llamamos materiales fijadores de carbono aún no existen hoy en día, fuera del ámbito biológico, dice, describiendo materiales que pueden transformar el dióxido de carbono en el aire ambiente en una forma sólida y estable, utilizando solo el poder de la luz solar, como lo hacen las plantas”.

El desarrollo de un material sintético que no solo evita el uso de combustibles fósiles para su creación, sino que en realidad consume dióxido de carbono del aire, tiene beneficios evidentes para el medio ambiente y el clima, señalan los investigadores. “Imagine un material sintético que pueda crecer como árboles, tomando el carbono del dióxido de carbono e incorporándolo a la columna vertebral del material”, dice Strano.

El material que el equipo usó en estos experimentos iniciales de prueba, fue un material biológico: los cloroplastos, componentes de aprovechamiento de la luz dentro de las células vegetales, que los investigadores obtuvieron de las hojas de espinaca. Los cloroplastos catalizan la reacción del dióxido de carbono a la glucosa. Los cloroplastos aislados son bastante inestables, lo que significa que tienden a dejar de funcionar después de unas horas de ser retirados de la planta.

En su artículo, Strano y sus colaboradores demuestran métodos para aumentar significativamente la vida catalítica de los cloroplastos extraídos. En el trabajo en curso y futuro, el cloroplasto está siendo reemplazado por catalizadores que no son de origen biológico, explica Strano.

El material utilizado por los investigadores, una matriz de gel compuesta de un polímero hecho de metacrilamida de aminopropilo (APMA) y glucosa, una enzima llamada glucosa oxidasa y cloroplastos, que se vuelve más fuerte a medida que incorpora el carbono. Los investigadores señalan que aún no es lo suficientemente resistente como para ser utilizado como material de construcción, aunque podría funcionar como relleno de grietas o material de recubrimiento.

El equipo ha desarrollado métodos para producir materiales de este tipo por tonelada, y ahora se está enfocando en optimizar las propiedades del material. Las aplicaciones comerciales como los recubrimientos de autocuración y el relleno de grietas se pueden realizar en el corto plazo, dicen, mientras que se necesitan avances adicionales en la química y la ciencia de los materiales antes de que se puedan desarrollar para construcción y materiales compuestos.

“Nuestro trabajo muestra que el dióxido de carbono no tiene que ser simplemente una carga y un costo”, dice Strano. “También es una oportunidad en este sentido, hay carbono por todas partes. Construimos el mundo con carbono. Los humanos están hechos de carbono. Hacer un material que pueda acceder al abundante carbono que nos rodea es una oportunidad importante para la ciencia de los materiales”.

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