No todos los días tenemos la oportunidad de entrevistar a uno de nuestros clientes al otro lado del Atlántico. Este corresponsal no es otro que la prestigiosa Universidad Tecnológica de California (comúnmente conocida como CALTECH) representada por dos investigadores, el Dr. Israel Kellersztein y la Prof. Chiara Daraio , del Departamento de Ingeniería Mecánica y Civil de Caltech. En esta entrevista, hablamos con estos investigadores de su investigación pionera sobre el uso de la chlorella como material de construcción natural. Exploran las propiedades únicas de las microalgas para la construcción sostenible, impulsados por el deseo de crear materiales respetuosos con el medio ambiente.
Un aspecto clave de su investigación es la pureza de la chlorella que es crucial para obtener resultados consistentes y fiables. Por eso eligieron Chlorella eChlorial reconocida por su excepcional pureza, y la utilizan desde hace varios años. Esta elección subraya la importancia de los materiales de alta calidad en los avances científicos. En este debate, el Dr. Kellersztein y el Prof. Daraio comparten sus motivaciones, sus resultados y el futuro potencial de los materiales a base de chlorella en la industria de la construcción.
¿Cómo surgió su interés por estudiar la chlorella como material estructural?
Nuestro interés por estudiar la chlorella como material natural para aplicaciones estructurales surgió del deseo de abordar los problemas medioambientales y explorar soluciones innovadoras y sostenibles para nuevos materiales de envasado y construcción que no dependan de polímeros sintéticos.
Nos intrigaban las características distintivas de la chlorella, como su rápida velocidad de crecimiento, su compleja composición bioquímica y la forma y tamaño de sus células. La perspectiva de contribuir a la producción de materiales respetuosos con el medio ambiente nos impulsó a estudiar la chlorella para aplicaciones estructurales.
¿Qué hace que la chlorella sea adecuada para su uso en materiales de construcción?
Las células de chlorella tienen varias características que las convierten en un candidato ideal para aplicaciones estructurales. La Chlorella puede cultivarse de forma rápida y sostenible, lo que la convierte en un recurso renovable y respetuoso con el medio ambiente. Las células tienen una gran superficie debido a su pequeño tamaño y forma esférica, lo que resulta especialmente importante para favorecer las interacciones con otros materiales a la hora de diseñar compuestos.
Una de las propiedades más importantes de la chlorella es su pared celular. Esta fina capa exterior es responsable de una serie de funciones críticas, como el soporte estructural, la protección y la permeabilidad celular. En el caso de la chlorella, la pared celular es rica en celulosa, un biopolímero muy rígido y resistente. La robusta pared celular a base de celulosa proporciona la rigidez y resistencia necesarias para una gran variedad de aplicaciones. Mantener intacta la pared celular y conservar la forma esférica de la chlorella es esencial para diseñar materiales estructurales eficaces basados en células de chlorella. Estas propiedades hacen de la chlorella un material prometedor para la creación de materiales estructurales resistentes, ligeros y duraderos.
¿Por qué es importante la pureza de la chlorella para su uso en materiales estructurales?
La presencia de componentes adicionales, o impurezas, en la chlorella puede afectar significativamente a sus propiedades, incluido su rendimiento mecánico. Como científicos e ingenieros, nuestro objetivo es diseñar materiales con propiedades mecánicas consistentes. En el caso de los materiales a base de chlorella, nuestro objetivo es producir estructuras que se comporten siempre de la misma manera.
Para ello, la chlorella debe ser lo más pura posible. De lo contrario, las propiedades del material final se verán afectadas por contaminantes, que pueden interactuar débilmente con las células de chlorella, dando lugar a discontinuidades y defectos. La pureza de la chlorella es crucial, ya que garantiza la fiabilidad y durabilidad de las estructuras resultantes, haciéndolas eficaces como materiales estructurales.
¿Cuáles son las ventajas de los materiales a base de chlorella frente a los materiales tradicionales?
Los materiales polímeros sintéticos, como el polietileno o el polipropileno, se derivan de materias primas obtenidas a partir de combustibles fósiles, sobre todo petróleo o gas natural. Este proceso de producción consume mucha energía. Además, los polímeros sintéticos no son biodegradables, lo que provoca contaminación ambiental cuando se desechan, ya que liberan sustancias químicas nocivas y contaminantes en el medio ambiente.
Los polímeros biodegradables, como el ácido poliláctico, ofrecen una alternativa, pero se asocian a elevados costes de extracción y producción. Además, el cultivo de plantas naturales para extraer monómeros puede implicar el uso de fertilizantes, lo que conlleva contaminación y competencia por los recursos alimentarios. La deforestación, como en el caso de la madera, contribuye al calentamiento global al aumentar la temperatura del suelo.
Utilizar la chlorella como recurso natural para diseñar materiales tiene muchas ventajas. Ayuda a preservar el medio ambiente, conservar los recursos y mitigar el cambio climático.
La chlorella absorbe más dióxido de carbono que las plantas terrestres. Puede prosperar en diversos entornos sin competir con las tierras agrícolas.
¿A qué retos se enfrenta el desarrollo de la chlorella como material sostenible?
Las microalgas llevan mucho tiempo siendo objeto de investigación en las ciencias de la vida, sirviendo como sistema modelo para comprender los mecanismos de la proliferación celular y las actividades fotosintéticas, entre otras cosas. En el campo de la ciencia de los materiales las microalgas representan una nueva clase de recursos para diseñar nuevos biomateriales con capacidades estructurales.
Las células de microalgas están compuestas de diversos materiales, como proteínas, lípidos y polisacáridos, lo que las convierte en un sistema complejo. Además, la morfología y las características de la pared celular son complejas, por lo que es necesario seguir investigando para comprender plenamente cómo se pueden procesar y mejorar los materiales a base de chlorella.
Esto implica estudiar las posibles interacciones entre las células de chlorella y los refuerzos naturales o sintéticos, así como comprender los efectos de distintos parámetros de procesamiento, como la presión, la temperatura o la viscosidad, a la hora de diseñar estos materiales.
¿Qué futuro le espera a la chlorella en los sectores de la construcción y el envasado, y qué pasos están dando para conseguirlo?
Esperamos ver no sólo a la chlorella, sino también a otras cepas de microalgas implicadas en diversas aplicaciones, como los envases y la construcción. Las investigaciones preliminares indican que las capacidades mecánicas de estos materiales son comparables a las de polímeros básicos como el polipropileno o el polietileno. Además, los materiales a base de algas ofrecen la posibilidad de distintas funcionalidades más allá de las propiedades mecánicas, como el aislamiento térmico o acústico.
Actualmente se están realizando esfuerzos considerables para desarrollar métodos de procesamiento, en particular la impresión 3D, que ofrece un proceso más sostenible para diseñar formas más complejas. Además, se está investigando el moldeo por compresión de espirulina o algas derivadas de aguas residuales.