De Agro

Encontrar soluciones eficaces 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 a las actividades agrícolas. La producción de caña de azúcar, por ejemplo, genera una cantidad significativa 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 combinen 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 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 se 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 rendimiento estructural bajo y crear un material con suficiente resistencia estructural para ser autoportante", dice Armour Gutiérrez Rivas, profesor titular de arquitectura. Como explica, "El proyecto comenzó como parte de una investigación basada en la docencia realizada como parte del Máster en Arquitectura de la Universidad de East London (UEL), que se ocupa del uso de soluciones constructivas innovadoras que aborden los problemas locales. Mientras trabaja En las propuestas de reurbanización en Silver Town en Royal Docks, nos involucramos con el tejido industrial existente del área y comenzamos a buscar subproductos como alternativas de construcción, incluidos subproductos de la producción de azúcar de Tate & Lyle. Las exploraciones iniciales fueron probadas y optimizadas. utilizando nuestras instalaciones de última generación en el Sustainability Research Institute (SRI) y luego implementado como Sugarcrete™ Slab 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 entre un 15 y un 20 % de su huella de carbono. Utilizando una fracción del 30 % de la producción mundial de bagazo, Sugarcrete™ tendría el potencial de reemplazar completamente la industria ladrillera tradicional, lo que resultaría en un ahorro de 1,08 mil millones de toneladas de CO2 (equivalente al 3 % de la producción global 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 sencilla composición.

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 de bloques de concreto convencionales. Implica dosificación, mezcla, fundición y secado/curado de materiales. Los componentes aglutinantes son minerales "Está 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 partículas, 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 entrelazado 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, entre ellos 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 forman parte de una serie de prototipos destinados a desarrollar soluciones constructivas innovadoras que puedan implementarse, desmontarse o ampliarse en estructuras nuevas y existentes.

El proyecto utiliza un sistema de enclavamiento como un kit de piezas 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 fundición se emplea para minimizar el desperdicio de material y permite la reutilización del encofrado y una 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 & Andy Watts, el proyecto utilizó una cadena de herramientas digital completa para la fabricación, integrando computación de materiales, diseño paramétrico y fabricación robótica. El proceso comenzó ingresando las propiedades del material en una herramienta digital de análisis de carbono para evaluar la huella respectiva. Luego 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 nuevamente al modelo digital). Se utilizó un conjunto de asistencia de realidad aumentada para probar la secuencia de construcción, lo que condujo a un montaje a gran escala. Después del montaje, el elemento arquitectónico se volvió a escanear tridimensionalmente 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 justamente eso: desplegar un material natural, con sus desigualdades, imperfecciones y su naturaleza elaborada a través del poder del diseño computacional y la fabricación avanzada. A cambio, al habilitar el material local, permitimos la gente y la comunidad local también: porque el avance tecnológico no debe ser exclusivo de la costosa arquitectura de vidrio y hormigón".

La investigación de Sugarcrete™ se publicó intencionalmente sin 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 la UEL: "En asociación con Tate & Lyle Sugars, llevamos a cabo 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 decidimos colectivamente no hacerlo. Esto se debía principalmente a que queríamos compartir nuestros conocimientos con las comunidades de productores del Sur Global, en lugar de controlarlos. Nuestra decisión de no patentar fue más bien ética. que financiero".

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. Al hacerlo, pretende abordar no sólo 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 ampliar 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 trae 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 abordar la crisis climática debe diseñar la cadena de suministro así como las especificaciones 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 rápido crecimiento en combinación con aglutinantes minerales inertes, no sólo para capas de aislamiento sino también para estructuras, está comenzando a eliminar de las obras de construcción líneas de productos químicamente difamados y basados ​​en combustibles fósiles. las prioridades de seguridad de la Ley de Seguridad de la Construcción durante las secuencias de fabricación, construcción, demolición, reutilización y eliminación". Elena Shilova concluye diciendo que "si analizamos 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 frente a nosotros". de la emergencia climática. La emergencia climática exige un nuevo lenguaje arquitectónico para materiales como Sugarcrete™, para realmente aprovechar su potencial y celebrarlos, sin recubrirlos ni ocultarlos para 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 bajando el precio debido a las economías de escala".

El reconocimiento del enfoque innovador de Sugarcrete™ hacia la construcción sostenible llevó a su nominación para el premio Earthshot de este año, conocido como el premio mundial más grande 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, diseño y fabricación de materiales:Armor Gutiérrez Rivas, profesor titular de Arquitectura, UELAlan Chandler, codirector del Instituto de Investigación de Sostenibilidad, UELBamdad Ayati, investigadora del Instituto de Investigación de Sostenibilidad, UELElena Shilova, arquitecta, GrimshawColaboradores:John Kerr - Vicepresidente de Investigación y Tecnología, Tate & Lyle SugarsAndy Watts, Director de Tecnología de Diseño, GrimshawParis Nikitidis - Desarrollador de XR, GrimshawPhilip Singer - Especialista en diseño computacional, GrimshawGeorgios Tsakiridis - Consultor, GrimshawPaolo Vimercati - Consultor, GrimshawRobert Sims - Gerente de tienda de modelos , GrimshawPaul Nichols – Gerente de FabLab, UELDr David Tann - Decano de la Escuela de Arquitectura, Computación 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 - Estructural Senior Ingeniero, AKTIISky Henley - Especialista en Diseño ComputacionalEquipo de estudiantes de Maestría en Arquitectura de la UEL: Fe Omowunmi Ogundare; Busra Ciftci; Amy Gillespie; Hinal Arvindkumar Patel; Rova Tahá; Dodangodamagage Kawan Roger Ranasinghe; Manoj Sai Ganji; Mohan Ukabhai Dungrani; Anca Madalina Borda; Alina Klimenteva; Rashmi Madagamage Gunathilaka; Orseer Israel Gbashah; Mahmoud Sayed Abdellattif; Mert Manas Erten; Hidayati Yazmin Binti Abdul Halim; Oluchukwu Judith Obiejesi; Svetoslav Georgie Slav; Mihriban UstúnFotografía:CromafotografíaVideografía:Jude AdoasiEdición y filmación:Louis Bird y Ellie Saunders, Grimshaw