Desarrollo de materiales de construcción neutrales en carbono basados en bioproductos mediante la obtención de materiales biogénicos utilizando microorganismos fototróficos

REAMODE – Instalación de prueba para la modificación de materiales orgánicos con electrones acelerados. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer / REAMODE – Instalación de prueba para la modificación de materiales orgánicos con electrones acelerados. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer

Fotobiorreactor del Fraunhofer FEP para el cultivo de microorganismos fototrópicos a escala de laboratorio bajo condiciones definidas de luz, temperatura y gases. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer / Fotobiorreactor del Fraunhofer FEP para el cultivo de microorganismos fototrópicos a escala de laboratorio bajo condiciones definidas de luz, temperatura y gases. © Fraunhofer FEP, Finn Hoyer

El Instituto Fraunhofer para Tecnología de Rayos Electrones y Plasma FEP en Dresde ofrece, basándose en un portafolio de competencias orientado a la industria, una amplia gama de posibilidades de investigación y desarrollo escalables. Nuestra misión es aplicar nuestro potencial de innovación tecnológica a procesos de producción novedosos y hacerlos útiles para la sociedad en la necesidad de conservación de recursos y neutralidad climática. Ante la creciente demanda de materiales de construcción neutros en carbono, también en el sector de la construcción se buscan nuevos métodos de fabricación. En Fraunhofer FEP se investigan procesos innovadores asistidos por haz de electrones para potenciar la síntesis de cal bioorgánica mediante microorganismos fotótrofos, con el fin de apoyar la descarbonización de la industria del cemento. De este modo, en el futuro se podrá reducir aún más la huella de CO2 de las formulaciones de cemento y sustituir paso a paso la piedra caliza fósil como recurso principal. Este proyecto de investigación se presentará en la feria Bau en Múnich, del 13 al 17 de enero de 2025, en el stand conjunto de la Alianza Fraunhofer BAU en el pabellón C2, stand nº 528.

La estrecha vinculación del Fraunhofer FEP con la industria nos permite, junto con nuestros socios, transformar los resultados de la investigación aplicada en diversas aplicaciones y productos. En particular, los campos estratégicos de investigación son sostenibilidad, ciencias de la vida y tecnologías ambientales. Áreas de aplicación importantes son, por ejemplo, el sector de la construcción y el ámbito de edificios inteligentes. En particular, la tecnología de haz de electrones de bajo consumo energético y no térmica posee como herramienta multifuncional posibilidades de uso omnipotentes para una variedad de aplicaciones medioambientales y biotecnológicas, y puede integrarse en líneas de producción existentes. Debido a las crecientes demandas en procesos sostenibles y que ahorren recursos, y para alcanzar los objetivos climáticos, también aumenta la necesidad de procesos de sustitución biobasados en el sector de la construcción. Para cuestiones ecológicas relevantes, como la obtención biotecnológica de recursos, los científicos del Fraunhofer FEP pueden aprovechar los efectos químicos y biológicos de electrones acelerados de bajo energía para el desarrollo de procesos específicos de aplicación.

Como objetivo ambicioso, Alemania se ha comprometido con la Ley de Protección Climática a alcanzar la neutralidad climática para 2045 y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, lo cual representa un gran desafío para la industria. El sector de la construcción es uno de los mayores sectores económicos a nivel mundial, por lo que la construcción neutra en carbono y circular del futuro requiere transformaciones multifacéticas. El desarrollo de nuevos materiales sostenibles y de base biológica para la fijación duradera de CO2 es un punto de partida para la investigación y el desarrollo, en el que la directora del proyecto, la Dra. Ulla König, trabaja en su grupo de Materiales Biocompatibles en el Fraunhofer FEP.

El cemento, el material más producido en todo el mundo, es indispensable como aglutinante en la industria de la construcción, y su consumo global continúa aumentando debido al crecimiento poblacional, la urbanización y la expansión de infraestructuras. La industria del cemento es un importante generador de emisiones de gases de efecto invernadero, por lo que la neutralidad climática en este sector solo puede lograrse mediante enfoques alternativos. La descarbonización es una estrategia prometedora, en la que el desarrollo de cementos con menor contenido de CO2 será una tarea esencial.

En el Fraunhofer FEP, los investigadores del grupo de Materiales Biocompatibles, en colaboración con el laboratorio de servicios biomédicos propio del instituto, trabajan en investigaciones intensivas sobre el desarrollo de materiales bioorgánicos a partir de piedra caliza secundaria mediante microorganismos fotótrofos que consumen CO2. Estos son capaces de fijar y transformar dióxido de carbono de la atmósfera mediante fotosíntesis. El foco de la investigación es implementar tecnológicamente el proceso de formación de cal microbiológica, que existe en la naturaleza desde hace miles de millones de años, y mejorar su productividad, para que en pasos posteriores se puedan producir materiales de construcción con bajas emisiones que retengan CO2 de forma permanente y contribuyan de manera sostenible a la economía circular.

La directora del grupo, la Dra. Ulla König, explica: «La optimización y escalabilidad de la síntesis de cal bioorgánica basada en el proceso de biomineralización microbiana juega un papel fundamental para las futuras aplicaciones a gran escala. En el Fraunhofer FEP, hemos vinculado la optimización de la biomineralización de microorganismos fotótrofos con un enfoque innovador. Para ello, utilizamos el potencial de estimulación biológica de la tecnología de haz de electrones. Exploramos el efecto biopositivo dependiente de la dosis de procesos de haz de electrones de baja energía y no térmicos sobre los procesos metabólicos de microorganismos fotótrofos, con el fin de aumentar la eficacia y rentabilidad de la síntesis de cal microbiológica.»

En el marco de colaboraciones, en la siguiente fase de desarrollo también se podrán crear materiales de construcción sostenibles y bioorgánicos mediante procesos de fabricación circulares, incluso con reciclaje de residuos y materiales residuales. En la feria BAU 2025 en Múnich, del 13 al 17 de enero de 2025, los científicos presentarán estos nuevos enfoques de investigación y otras perspectivas en el stand conjunto de Fraunhofer, y estarán disponibles para discutir ideas de proyectos conjuntos y futuras investigaciones.