Encontrar soluciones efectivas y valiosas para la gestión de residuos agrícolas ha sido un desafío inspirador para los investigadores. Los subproductos de monocultivos, como los residuos de la producción de soja, las mazorcas de maíz, la paja, las semillas de girasol y la celulosa, a menudo se destinan a la compostación del suelo, se utilizan como alimento para animales o incluso se convierten en energía para reducir los residuos y mitigar los impactos ambientales asociados con las actividades agrícolas. La producción de caña de azúcar, por ejemplo, genera una cantidad significativa de residuos, totalizando alrededor de 600 millones de toneladas de residuos de fibra de bagazo de una producción anual de dos mil millones de toneladas de caña de azúcar. Este residuo tiene un potencial prometedor para reemplazar sistemas de construcción intensivos en energía, como el concreto y el ladrillo, proporcionando materiales de construcción que combinan sostenibilidad y eficiencia estructural.
Con esta perspectiva en mente, la Universidad de East London (UEL), en colaboración con Grimshaw Architects y el fabricante Tate & Lyle Sugar, ha desarrollado un innovador material de construcción llamado Sugarcrete™. El objetivo del proyecto es explorar soluciones de construcción sostenible mediante el reciclaje de residuos biológicos de caña de azúcar, lo que a su vez reduce las emisiones de carbono en la industria de la construcción, y priorizando la sostenibilidad social y ambiental durante la producción e implementación de estos materiales de construcción.
"La principal innovación de Sugarcrete™ es desafiar la idea establecida de que los biomateriales tienen un bajo rendimiento estructural y crear un material con suficiente resistencia estructural para ser autoportante", dice Armor Gutierrez Rivas, profesor principal de arquitectura. Como explica, "el proyecto comenzó como parte de una investigación informada por la enseñanza realizada como parte del Master de Arquitectura en la Universidad de East London (UEL), que se ocupa del uso de soluciones de construcción innovadoras que aborden los problemas locales. Mientras trabajábamos en propuestas de reurbanización en Silver Town en los Royal Docks, nos involucramos con el tejido industrial existente del área y comenzamos a buscar alternativas de construcción, incluidos los subproductos de la producción de azúcar de Tate & Lyle. Las exploraciones iniciales se probaron y optimizaron utilizando nuestras instalaciones de vanguardia en el Instituto de Investigación de Sostenibilidad (SRI) y más tarde se implementaron como losas de Sugarcrete™ en asociación creativa con arquitectos de Grimshaw e ingenieros de AKT II".
Básicamente, Sugarcrete™ se crea combinando bagazo con aglutinantes minerales. El producto final es más ligero que el ladrillo tradicional y solo tiene el 15-20% de su huella de carbono. Al utilizar una fracción del 30% de la producción mundial de bagazo, Sugarcrete™ tendría el potencial de reemplazar completamente la industria tradicional del ladrillo, lo que resultaría en un ahorro de 1.08 mil millones de toneladas de CO2 (equivalente al 3% de la producción mundial de dióxido de carbono). La caña de azúcar tiene una tasa de crecimiento rápida y es hasta 50 veces más eficiente que la silvicultura cuando se trata de convertir el CO2 en biomasa, lo que la convierte en un material prioritario para lograr emisiones netas cero. Además, el material tiene buenas características estructurales, es aislante, resistente al fuego, fácil de usar con mano de obra no calificada y tiene una cadena de suministro simplificada debido a su composición simple.
Según Bamdad Ayati, investigador del Instituto de Investigación de Sostenibilidad de la UEL, "el proceso de producción de Sugarcrete™ es bastante simple y se asemeja a la fabricación convencional de bloques de concreto. Implica la proporción de materiales, la mezcla, el moldeado y el secado/curado. Los componentes del aglutinante son de base mineral y están ampliamente disponibles en lugares con una industria azucarera establecida. Al igual que otros materiales de construcción, los desafíos de producción a gran escala están asociados con la variabilidad en la materia prima en términos de contenido de humedad, tamaño de partícula, impurezas no deseadas, etc."
El equipo de desarrollo, en colaboración con la firma de arquitectura global Grimshaw, incorporó el concepto de geometrías entrelazadas para explorar nuevas posibilidades para la aplicación del producto. Inventado y patentado en 1699 por el ingeniero francés Joseph Abeille, el método de entrelazamiento fue revisado por Amédée François Frézier en 1739 y por Truchet's Traité de Stéréotomie en 1737. Posteriormente, fue desarrollado en el siglo XXI por varios equipos de investigación, incluidos Yuri Estrin, Arcady Dyskin y Giuseppe Falacara; Michael Weizmann; y los arquitectos de AAU Anastas junto con el ingeniero Maurizio Brocato. El concepto se aplicó a Sugarcrete para crear placas compuestas desmontables, reutilizables y resistentes al fuego, denominadas 'losas de Sugarcrete™'. Estas son parte de una serie de prototipos destinados a desarrollar soluciones de construcción innovadoras que puedan implementarse, desmontarse o ampliarse en estructuras nuevas y existentes.
El proyecto utiliza un sistema de entrelazado como un kit de partes que permite construir grandes estructuras utilizando componentes pequeños y discretos sin necesidad de mortero. Debido a su reciprocidad y red de fuerzas distribuidas, este sistema supera a los ensamblajes monolíticos tradicionales. El proceso de moldeo se utiliza para minimizar el desperdicio de materiales y permite la reutilización del encofrado y una producción masiva simplificada, así como oportunidades de Diseño para la Fabricación y el Ensamblaje (DfMA).
Según Elena Shilova, arquitecta de Grimshaw, y Andy Watts, director de tecnología de diseño, el proyecto utilizó una cadena de herramientas digitales completa para la fabricación, integrando el cálculo de materiales, el diseño paramétrico y la fabricación robótica. El proceso comenzó ingresando las propiedades de los materiales en una herramienta digital de análisis de carbono para evaluar la huella respectiva. Se empleó un modelo generativo para transformar patrones 2D en geometrías 3D de componentes interconectados.
Utilizando un brazo robótico de 6 ejes, el modelo digital generó trayectorias de herramientas para fabricar los moldes (después del curado y el escaneo 3D, cualquier desviación en los componentes se incorporó de nuevo en el modelo digital). Se utilizó un conjunto de asistencia de realidad aumentada para probar la secuencia de construcción, lo que llevó a un ensamblaje a gran escala. Después del ensamblaje, el elemento arquitectónico se escaneó tridimensionalmente nuevamente para calibración.
Esta cadena de herramientas digitales permite crear un sistema de kit de piezas flexible y personalizable con este material sostenible, integrando los mundos digital y físico y adoptando las características únicas de los materiales naturales. Como señala Elena, "Creemos que la tecnología puede hacer precisamente eso: desplegar un material natural, con su irregularidad, imperfección y naturaleza artesanal, mediante el poder del diseño computacional y la fabricación avanzada. A cambio, al habilitar el material local, habilitamos también a la gente y a la comunidad local: porque el avance tecnológico no debe ser exclusivo de la arquitectura costosa de cristal y hormigón".
La investigación sobre Sugarcrete™ se publicó intencionadamente sin patente para animar a los productores locales a adoptar el material y reducir el uso de cemento. Como afirma Alan Chandler, codirector del Instituto de Investigación sobre Sostenibilidad de la UEL, "en colaboración con Tate & Lyle Sugars realizamos búsquedas de patentes y determinamos dónde se había patentado el bagazo en el desarrollo de materiales de construcción y cuál era nuestro ámbito de actuación. Llegamos a la conclusión de que nuestro trabajo era original y podíamos presentar una patente, pero decidimos colectivamente no hacerlo. En primer lugar, queríamos compartir nuestros conocimientos con las comunidades productoras del Sur, en lugar de controlar sus productos. Nuestra decisión de no patentar fue más ética que financiera".
De hecho, las consideraciones éticas en torno a la innovación y la cadena de suministro fueron fundamentales para el diseño del proyecto, cuyo objetivo es establecer cadenas de suministro viables, justas y sólidas que garanticen resultados equitativos tanto para los productores como para los usuarios. Con ello se pretende abordar no sólo la reducción de las emisiones de carbono, sino también la sostenibilidad social y medioambiental. El equipo también ha estado identificando emplazamientos en regiones productoras de azúcar del Sur Global para ampliar aún más las oportunidades de aplicación y tiene previsto probar pronto el prototipo en escenarios del mundo real.
A través de un desarrollo cuidadoso y consciente, Sugarcrete nos aporta optimismo sobre el futuro escenario de la industria de la construcción, cuyo impacto medioambiental negativo es significativo y requiere una acción eficaz (y rápida). Como explica Alan Chandler, "la ética de la innovación de materiales para hacer frente a la crisis climática debe diseñar la cadena de suministro, así como la especificación del rendimiento. El carbono encabeza la lista; también hay que mencionar la toxicidad en relación con la salud y la seguridad en los procesos de construcción.
El uso de bagazo y otros productos biológicos de rápido crecimiento en combinación con aglutinantes minerales inertes, no sólo para las capas aislantes sino también para la estructura, está empezando a eliminar de las obras las líneas de productos químicamente denostados y basados en combustibles fósiles. Esto aborda directamente las prioridades de seguridad de la Ley de Seguridad en la Construcción durante las secuencias de fabricación, construcción, demolición, reutilización y eliminación".
Elena Shilova concluye diciendo que "mirando a través de las industrias, podemos encontrar muchas oportunidades para materiales locales y sostenibles y subproductos agrícolas/industriales no utilizados. Estos materiales, que pueden no parecer glamurosos y elegantes, son la nueva alta tecnología ante la emergencia climática". La emergencia climática exige un nuevo lenguaje arquitectónico para materiales como Sugarcrete™, para aprovechar realmente su potencial y celebrarlos, sin recubrirlos ni ocultarlos para conseguir un aspecto "moderno". Este nuevo lenguaje arquitectónico y el cambio de mentalidad harán que, en última instancia, los materiales naturales resulten atractivos para los clientes, aumentando la demanda y bajando el precio gracias a las economías de escala."
El reconocimiento del enfoque innovador de Sugarcrete™ en materia de construcción sostenible llevó a su nominación a Earthshot award de este año, conocido como el mayor galardón mundial para el medio ambiente, que celebra las soluciones innovadoras que tienen un impacto positivo en el planeta. Para seguir los avances del proyecto y obtener más información, visite el sitio web oficial.
Créditos
Concepto, diseño y fabricación de materiales:
Armor Gutierrez Rivas, Senior Lecturer in Architecture, UEL
Alan Chandler, Co-Director Sustainability Research Institute, UEL
Bamdad Ayati, Sustainability Research Institute Research Fellow, UEL
Elena Shilova, Architect, Grimshaw.
Colaboradores:
John Kerr - Vice President, Research & Technology, Tate & Lyle Sugars
Andy Watts, Director of Design Technology, Grimshaw
Paris Nikitidis - XR Developer, Grimshaw
Philip Singer - Computational Design Specialist, Grimshaw
Georgios Tsakiridis - Consultant, Grimshaw
Paolo Vimercati - Consultant, Grimshaw
Robert Sims - Model shop Manager, Grimshaw
Paul Nichols – FabLab Manager, UEL
Dr David Tann - Dean of School of Architecture, Computing & Engineering, UEL
Carl Callaghan - Head of Department of Architecture and Visual Arts, UEL
Alex Scott-Whilby - Architecture & Physical Design Cluster Lead, UEL
Nicolo Bencini - Senior Structural Engineer, AKTIISky Henley - Computational Design Specialist
Equipo de estudiantes del Máster de Arquitectura de UEL:
Faith Omowunmi Ogundare; Busra Ciftci; Amy Gillespie; Hinal Arvindkumar Patel; Rova Taha; Dodangodagamage Kawan Roger Ranasinghe; Manoj Sai Ganji; Mohan Ukabhai Dungrani; Anca-Madalina Borda; Alina Klimenteva; Rashmi Madagamage Gunathilaka; Orseer Isreal Gbashah; Mahmoud Sayed Abdellattif; Mert Manas Erten; Hidayati Yazmin Binti Abdul Halim; Oluchukwu Judith Obiejesi; Svetoslav Georgie Slav; Mihriban Ustun
Fotografías: Chromaphotography
Videography: Jude Adoasi
Editing & filming: Louis Bird and Ellie Saunders, Grimshaw
