Un material diseñado por ingenieros químicos del MIT puede reaccionar con el dióxido de carbono del aire, crecer, fortalecer, e incluso repararse a sí mismo. El polímero que algún día podría utilizarse como material de construcción o reparación o para revestimientos protectores, convierte continuamente el gas de efecto invernadero en un material a base de carbono que se refuerza a sí mismo.

La versión actual del nuevo material es una sustancia sintética similar a un gel que realiza un proceso químico similar a la forma en que las plantas incorporan dióxido de carbono del aire en sus tejidos en crecimiento. El material podría, por ejemplo, convertirse en paneles de una matriz liviana que podría enviarse a un sitio de construcción, donde se endurecerían y solidificarían solo por la exposición al aire y la luz solar, por lo tanto, se ahorra energía y costos de transporte.

El hallazgo se describe en un artículo de la revista. Materiales avanzados , por el profesor Michael Strano, postdoctorado Seon-Yeong Kwak, y otros ocho en el MIT y en la Universidad de California en Riverside

"Este es un concepto completamente nuevo en la ciencia de los materiales, "dice Strano, el Profesor Carbon C. Dubbs de Ingeniería Química. "Lo que llamamos materiales fijadores de carbono no existe todavía hoy" fuera del ámbito biológico, él dice, describir materiales que pueden transformar el dióxido de carbono del aire ambiente en un sólido, forma estable, usando solo el poder de la luz del sol, tal como lo hacen las plantas.

Desarrollar un material sintético que no solo evite el uso de combustibles fósiles para su creación, pero en realidad consume dióxido de carbono del aire, tiene beneficios evidentes para el medio ambiente y el clima, señalan los investigadores. "Imagina un material sintético que pudiera crecer como árboles, tomar el carbono del dióxido de carbono e incorporarlo a la columna vertebral del material, "Dice Strano.

El material que usó el equipo en estos experimentos iniciales de prueba de concepto hizo uso de un componente biológico:los cloroplastos, los componentes que aprovechan la luz dentro de las células vegetales, que los investigadores obtuvieron de las hojas de espinaca. Los cloroplastos no están vivos, pero catalizan la reacción del dióxido de carbono en glucosa. Los cloroplastos aislados son bastante inestables, lo que significa que tienden a dejar de funcionar después de unas horas cuando se retiran de la planta. En su papel Strano y sus colaboradores demuestran métodos para aumentar significativamente la vida útil catalítica de los cloroplastos extraídos. En el trabajo en curso y futuro, el cloroplasto está siendo reemplazado por catalizadores que son de origen no biológico, Strano explica.

El material que utilizaron los investigadores, una matriz de gel compuesta de un polímero hecho de aminopropil metacrilamida (APMA) y glucosa, una enzima llamada glucosa oxidasa, y los cloroplastos, se vuelve más fuerte a medida que incorpora el carbono. Todavía no es lo suficientemente fuerte como para ser utilizado como material de construcción, aunque podría funcionar como material de relleno o revestimiento de grietas, dicen los investigadores.

El equipo ha elaborado métodos para producir materiales de este tipo por toneladas, y ahora se centra en optimizar las propiedades del material. Las aplicaciones comerciales, como los revestimientos autorreparables y el relleno de grietas, se pueden realizar a corto plazo, ellos dicen, mientras que se necesitan avances adicionales en la química de la columna vertebral y la ciencia de los materiales antes de que se puedan desarrollar materiales de construcción y compuestos.

Una ventaja clave de estos materiales es que se repararían automáticamente al exponerse a la luz solar o alguna iluminación interior. Dice Strano. Si la superficie está rayada o agrietada, el área afectada crece para llenar los huecos y reparar el daño, sin requerir ninguna acción externa.

Si bien ha habido un esfuerzo generalizado para desarrollar materiales autocurativos que pudieran imitar esta capacidad de los organismos biológicos, los investigadores dicen, todos han requerido una entrada externa activa para funcionar. Calefacción, Luz ultravioleta, estres mecanico, o se necesitaba un tratamiento químico para activar el proceso. Por el contrario, estos materiales no necesitan más que luz ambiental, e incorporan masa de carbono en la atmósfera, que es omnipresente.

El material comienza como un líquido, Kwak dice:agregando, "Es emocionante verlo cuando comienza a crecer y agruparse" en una forma sólida.

"La ciencia de los materiales nunca ha producido nada como esto, ", Dice Strano." Estos materiales imitan algunos aspectos de algo vivo, aunque no se está reproduciendo ". Dado que el hallazgo abre una amplia gama de posibles investigaciones de seguimiento, El Departamento de Energía de EE. UU. patrocina un nuevo programa dirigido por Strano para desarrollarlo aún más.

"Nuestro trabajo muestra que el dióxido de carbono no tiene por qué ser simplemente una carga y un costo, "Dice Strano." También es una oportunidad en este sentido. Hay carbono por todas partes. Construimos el mundo con carbono. Los humanos están hechos de carbono. Hacer un material que pueda acceder al carbono abundante que nos rodea es una oportunidad importante para la ciencia de los materiales. De este modo, Nuestro trabajo consiste en fabricar materiales que no solo sean neutros en carbono, pero carbono negativo ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.