Desde Agro

Encontrar soluciones efectivas y valiosas para la gestión de residuos agrícolas ha sido un desafío inspirador para los investigadores. Los subproductos de los monocultivos, como los residuos de la producción de soja, mazorcas de maíz, paja, semillas de girasol y celulosa, a menudo se destinan al compostaje del suelo, se utilizan como alimento para animales o incluso se convierten en energía para reducir los desechos y mitigar el impacto ambiental. impactos asociados con las actividades agrícolas. La producción de caña de azúcar, por ejemplo, genera una cantidad importante de subproductos, que suman 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 subproducto tiene un potencial prometedor para reemplazar los sistemas de construcción que consumen mucha energía, como el hormigón y el ladrillo, al proporcionar materiales de construcción que combinan sostenibilidad y eficiencia estructural.

Con esta perspectiva en mente, la Universidad de East London (UEL), en asociación con Grimshaw Architects y el fabricante Tate & Lyle Sugar, ha desarrollado un material de construcción innovador llamado Sugarcrete™. El objetivo del proyecto es explorar soluciones de construcción sostenibles mediante el reciclaje de subproductos biológicos de la caña de azúcar, lo que a su vez reduce las emisiones de carbono en la industria de la construcción, al mismo tiempo que prioriza la sostenibilidad social y ambiental durante la producción e implementación de estos materiales de construcción.

"La principal innovación de Sugarcrete™ es desafiar la idea errónea establecida de que los biomateriales tienen un bajo rendimiento estructural y crear un material con suficiente resistencia estructural para ser autosuficiente", dice Armor Gutierrez Rivas, profesor senior de arquitectura. Según explica, "el proyecto comenzó como parte de una investigación informada por la enseñanza realizada como parte de la Maestría en Arquitectura de la Universidad de East London (UEL), que se ocupa del uso de soluciones de construcción innovadoras que abordan problemas locales. Mientras trabajaba sobre las propuestas de reurbanización en Silver Town en Royal Docks, nos comprometimos con el tejido industrial existente del área y comenzamos a considerar los subproductos como alternativas de construcción, incluidos los subproductos de la producción de azúcar de Tate & Lyle. Se probaron y optimizaron las exploraciones iniciales. utilizando nuestras instalaciones de última generación en el Instituto de Investigación de Sostenibilidad (SRI) y luego implementado como Sugarcrete™ Slab en asociación creativa con arquitectos de Grimshaw e ingenieros de AKT II".

Esencialmente, Sugarcrete™ se crea combinando bagazo con aglutinantes minerales. El producto final es más liviano que el ladrillo tradicional y solo tiene un 15-20% de su huella de carbono. Utilizando una fracción del 30 % de la producción mundial de bagazo, Sugarcrete™ tendría el potencial de reemplazar por completo la industria tradicional del ladrillo, lo que generaría un ahorro de 1080 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 CO2 en biomasa, lo que la convierte en un material de alta prioridad para lograr emisiones netas cero. Además, el material tiene buenas características estructurales y 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 parece a la fabricación convencional de bloques de hormigón. Implica dosificar, mezclar, moldear y secar/curar los materiales. Los componentes del aglomerante son minerales basado y ampliamente disponible 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 enclavamiento fue revisado por Amédée François Frézier en 1739 y por el Traité de Stéréotomie de Truchet en 1737. Posteriormente fue desarrollado en el siglo XXI por varios equipos de investigación, incluido Yuri Estrin, Arcady Dyskin y Giuseppe Falacara; Michael Weizmann; y AAU Anastas arquitectos junto con el ingeniero Maurizio Brocato. El concepto se aplicó a Sugarcrete para crear losas de piso compuestas desmontables, reutilizables y resistentes al fuego, denominadas 'Sugarcrete™ Slabs'. Estos son parte de una serie de prototipos destinados a desarrollar soluciones de construcción innovadoras que se pueden implementar, desmantelar o ampliar en estructuras nuevas y existentes.

El proyecto utiliza un sistema de enclavamiento como kit de piezas que permite construir grandes estructuras utilizando componentes pequeños y discretos sin necesidad de mortero. Debido a su red de reciprocidad y fuerza distribuida, este sistema supera a los ensamblajes monolíticos tradicionales. El proceso de fundición se emplea para minimizar el desperdicio de material y permite la reutilización del encofrado y la producción en masa simplificada, así como oportunidades de diseño para fabricación y ensamblaje (DfMA).

Según Elena Shilova, arquitecta, directora de tecnología de diseño de Grimshaw y Andy Watts, el proyecto utilizó una cadena de herramientas digital completa para la fabricación, integrando el cálculo de materiales, el diseño paramétrico y la fabricación robótica. El proceso comenzó ingresando las propiedades del material en una herramienta de análisis de carbono digital para evaluar la huella respectiva. Luego se empleó un modelo generativo para transformar patrones 2D en geometrías 3D de componentes interconectados. Usando un brazo robótico de 6 ejes, el modelo digital generó trayectorias para fabricar los moldes (después de curar y escanear en 3D, cualquier desviación en los componentes se incorporó nuevamente al 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 montaje, el elemento arquitectónico se escaneó tridimensionalmente de nuevo para su calibración. Esta cadena de herramientas digital permite la creación de un sistema de kit de piezas flexible y personalizable utilizando 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 sus irregularidades, imperfecciones y naturaleza artesanal a través del poder del diseño computacional y la fabricación avanzada. A cambio, al habilitar el material local, habilitamos la gente y la comunidad local también: porque el avance tecnológico no debe ser exclusivo de la costosa arquitectura de vidrio y concreto".

La investigación de Sugarcrete™ se publicó intencionalmente sin una patente para alentar a los productores locales a adoptar el material y reducir el uso de cemento. Como afirma Alan Chandler, codirector del Instituto de Investigación de Sostenibilidad de UEL: "En asociación con Tate & Lyle Sugars, realizamos búsquedas de patentes y establecimos dónde se había patentado el bagazo en el desarrollo de materiales de construcción y cuál era nuestro alcance de operación. Llegamos a la conclusión de que nuestro El trabajo era original y podíamos presentar una patente, pero colectivamente decidimos no hacerlo. Esto se debió principalmente a querer compartir nuestros conocimientos, en lugar de controlar los productos de las comunidades de productores en el Sur Global. Nuestra decisión de no patentar fue más ética que 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 aseguren resultados equitativos tanto para los productores como para los usuarios. Al hacerlo, su objetivo es abordar no solo la reducción de carbono sino también la sostenibilidad social y ambiental. El equipo también ha estado identificando sitios en regiones productoras de azúcar del Sur Global para expandir aún más las oportunidades de implementación y planea probar el prototipo en escenarios del mundo real pronto.

A través de un desarrollo cuidadoso y consciente, Sugarcrete nos brinda optimismo sobre el escenario futuro de la industria de la construcción, cuyo impacto ambiental negativo es significativo y requiere una acción efectiva (y rápida). Como explica Alan Chandler: "El espíritu de la innovación de materiales para hacer frente a la crisis climática debe diseñar la cadena de suministro, así como la especificación de rendimiento. El carbono está en la parte superior de la lista; también debemos mencionar la toxicidad en relación con la salud y la seguridad en la construcción. El uso de bagazo y otros productos biológicos de crecimiento rápido en combinación con aglutinantes minerales inertes, no solo para las capas de aislamiento sino también para la estructura, está comenzando a eliminar las líneas de productos químicamente difamados y basados ​​en combustibles fósiles de los sitios de construcción. 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 glamorosos y elegantes, son la nueva alta tecnología en la cara". de la emergencia climática. La emergencia climática exige un nuevo lenguaje arquitectónico para materiales como Sugarcrete™, para aprovechar realmente su potencial y celebrarlos, sin cubrirlos ni ocultarlos para lograr una apariencia "moderna". Este nuevo lenguaje arquitectónico y cambio de mentalidad en última instancia, hacer que los materiales naturales sean atractivos para los clientes, aumentando la demanda y reduciendo el precio debido a las economías de escala".

El reconocimiento del enfoque innovador de Sugarcrete™ para la construcción sostenible condujo a su nominación para el premio Earthshot de este año, conocido como el mayor premio mundial para el medio ambiente, que celebra las soluciones innovadoras que tienen un impacto positivo en el planeta. Para seguir el progreso del proyecto y obtener más información, visite el sitio web oficial.

Concepto de materiales, diseño y fabricación:Armor Gutierrez Rivas, profesor titular de arquitectura, UELAlan Chandler, codirector del Instituto de Investigación de Sostenibilidad, UELBamdad Ayati, investigador del Instituto de Investigación de Sostenibilidad, UELElena Shilova, arquitecta, GrimshawColaboradores:John Kerr - Vicepresidente, Investigación y Tecnología, Tate & Lyle SugarsAndy Watts, Director de Tecnología de Diseño, GrimshawParis Nikitidis - Desarrollador XR, GrimshawPhilip Singer - Especialista en diseño computacional, GrimshawGeorgios Tsakiridis - Consultor, GrimshawPaolo Vimercati - Consultor, GrimshawRobert Sims - Gerente de taller de modelos , GrimshawPaul Nichols - FabLab Manager, UELDr. David Tann - Decano de la Escuela de Arquitectura, Informática e Ingeniería, UELCarl Callaghan - Jefe del Departamento de Arquitectura y Artes Visuales, UELAlex Scott-Whilby - Líder del Grupo de Arquitectura y Diseño Físico, UELNicolo Bencini - Senior Structural Ingeniero, AKTIISky Henley - Especialista en Diseño ComputacionalEquipo de Estudiantes de la Maestría en Arquitectura de la UEL: Fe Omowunmi Ogundare; Busra Ciftci; Amy Gillespie; Hinal Arvindkumar Patel; Rova Taha; Dodangodamagage Kawan Roger Ranasinghe; Manoj Sai Ganji; Mohan Ukabhai Dungrani; Anca-Madalina Borda; Alina Klimenteva; Rashmi Madagamagage Gunathilaka; Orseer Isreal Gbashah; Mahmoud Sayed Abdellattif; Mert Manas Erten; Hidayati Yazmin Binti Abdul Halim; Oluchukwu Judith Obiejesi; Svetoslav Georgie Slav; Mihriban UstunFotografía:cromafotografíaVideografía:Jude AdoasiEdición y filmación:Louis Bird y Ellie Saunders, Grimshaw