Un residuo agrícola que normalmente termina desechado se podría convertir en un aliado para proteger puentes, edificios y otras estructuras. Al transformarlo en nanotubos de carbono, unas diminutas estructuras que refuerzan el cemento y lo hacen menos permeable, se retrasa la corrosión del acero, prolongando así la vida útil de las construcciones.
Detrás de este resultado hubo un reto adicional: aprender a
fabricar los nanotubos de carbono a partir de residuos agroindustriales en la
Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Manizales.
La investigación surgió como una continuación del trabajo de
grado del ingeniero físico Miguel Ángel Gómez Aristizábal, estudiante de la
Maestría en Ciencias Físicas de dicha Sede, quien durante el pregrado estudió
el comportamiento de estos nanomateriales en mezclas de cemento.
Para fabricar los nanotubos, el magíster eligió las cáscaras
de coco porque son un residuo abundante y rico en carbono, elemento esencial
para obtener este tipo de materiales imperceptibles al ojo humano.
Primero las sometió a un proceso de pirólisis (calentamiento
en ausencia de oxígeno) para obtener un carbón vegetal conocido como biocarbón.
Luego mezcló ese material con sales metálicas que actúan como catalizadores
(sustancias que aceleran una reacción química) y lo sometió a irradiación en un
horno microondas doméstico. Así obtuvo los nanotubos de carbono.
Antes de incorporar los nanotubos al cemento fue necesario
modificar la superficie de estos para que se pudieran dispersar uniformemente
en el agua, evitando así la formación de grumos que afectarían el
comportamiento del material durante los ensayos.
“Queríamos ampliar el estudio porque en el pregrado el
tiempo era muy corto. Además, nos propusimos aprender a sintetizar los
nanotubos aquí mismo en la Universidad, ya que no existía una ruta definida
para producirlos”, explica el estudiante Gómez.
Con los nanotubos ya sintetizados preparó diferentes
muestras de cemento y agua. Durante 60 días las expuso a una solución salina
que reproduce las condiciones a las que están sometidas muchas estructuras
ubicadas cerca del mar. Después comparó el comportamiento de muestras sin
nanotubos, con nanotubos comerciales y con los obtenidos a partir de las
cáscaras de coco.
Los ensayos demostraron que los nanotubos obtenidos a partir
de cáscaras de coco redujeron entre un 50 y 70 % la velocidad de corrosión
del acero durante las primeras etapas del experimento.
Aunque los nanotubos comerciales mostraron un mejor
desempeño inicial, el estudio comprobó que un residuo agroindustrial se puede
convertir en una alternativa prometedora para fabricar este tipo de materiales.
El enemigo silencioso del concreto
Aunque el concreto parece un material sólido e impermeable,
con el paso del tiempo el agua y las sales pueden atravesarlo y llegar al acero
que lleva en su interior para darle resistencia. Cuando esto ocurre, el metal
comienza a corroerse, aumenta de volumen y genera grietas que reducen la vida
útil de la estructura.
“Lo que demostramos es que los nanotubos actúan como una
barrera que dificulta el paso de los agentes corrosivos a través del cemento.
Así retrasan el momento en que estos alcanzan el acero y comienza el proceso de
corrosión”, explica el investigador.
El mayor efecto de los nanotubos se observó durante los
primeros días del ensayo, cuando el cemento aún se está endureciendo y resulta
más vulnerable al ingreso de agua y sales. A medida que el material se compacta
de forma natural, esa protección aumenta y las diferencias entre las muestras
se reducen.
Aunque el mismo grupo de investigación ya había demostrado
que los nanotubos pueden mejorar algunas propiedades mecánicas del cemento, en
esta ocasión el objetivo fue evaluar exclusivamente su capacidad para retrasar
la corrosión del acero.
Los ensayos se realizaron solo con una mezcla de cemento y
agua, un modelo ampliamente utilizado para estudiar con precisión el
comportamiento del material antes de incorporarlo al concreto empleado en las
construcciones.
Ahora el reto será comprobar si estos resultados también se
mantienen cuando los nanotubos se incorporen al concreto, en donde intervienen
agregados como arena y grava, además de otras condiciones propias de las obras
civiles.
“Nuestro propósito es que estos nanotubos se puedan utilizar
en construcciones expuestas a condiciones altamente corrosivas, como las zonas
costeras. Si esa tecnología se aplicara en este tipo de estructuras sería
posible prolongar su vida útil y reducir los costos de reparación y
mantenimiento”, concluye el ingeniero físico.
La investigación fue dirigida por la profesora Laura María
Echeverry Cardona, de la Universidad Tecnológica de Pereira (UTP), y codirigida
por la profesora Elisabeth Restrepo Parra, del Departamento de Física y Química
de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UNAL Sede Manizales y
directora del Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico INNterfaz.
