Cuando hablamos de sostenibilidad en la construcción, nos hemos acostumbrado a un enfoque apoyado en soluciones tecnológicas complejas, sensores y materiales costosos y, hoy en día, inteligencia artificial. Sin embargo, surge una provocación: ¿y si todo lo que buscamos pudiera surgir de los propios materiales, aprovechando sus propiedades intrínsecas, sin siquiera depender de la energía eléctrica? El uso de materiales hidromórficos ofrece una perspectiva innovadora y arroja luz sobre posibilidades poco exploradas en este campo. Estos materiales tienen la capacidad de adaptarse a las variaciones de humedad ambiental, cambiando su forma, tamaño u otras propiedades físicas. Los ejemplos en la naturaleza incluyen la madera, proteínas higroscópicas como el colágeno, polisacáridos como la celulosa y la quitina, minerales higroscópicos como ciertas sales y gel de sílice, así como esporas y granos de polen, todos ellos exhibiendo la capacidad de absorber o liberar humedad en respuesta a los cambios de humedad. En la arquitectura, los investigadores se han esforzado por desarrollar materiales, especialmente para las fachadas, que puedan tener vida propia y hacer que los edificios sean más confortables de forma natural.
Dado el importante impacto medioambiental que provoca la industria de la construcción en nuestro planeta, la búsqueda de formas de mejorar la eficiencia y reducir el impacto de los edificios se convierte en una necesidad apremiante. En este escenario, las fachadas juegan un papel fundamental como primera línea en la protección del interior y exterior de los edificios, emergiendo como un prometedor punto de partida para iniciativas encaminadas a la sostenibilidad en la construcción. En una entrevista con el profesor Ben Bridgens de la Universidad de Newcastle, codirector de The Hub for Biotechnology in the Built Environment (HBBE), una iniciativa pionera entre la Universidad de Newcastle y la Universidad de Northumbria, exploramos una visión innovadora: desarrollar biotecnologías para crear una nueva generación de edificios vivos. La idea es que se desarrollen edificios que no sólo sean sensibles y adaptables a su entorno natural, sino que también puedan cultivarse utilizando materiales vivos diseñados para reducir los procesos de construcción industrial ineficientes. Este enfoque apunta a un futuro en el que la construcción sostenible no sólo protege el medio ambiente, sino que también se integra armoniosamente con él, promoviendo un ciclo de vida regenerativo y resiliente de las estructuras construidas.
Según él, el interés del investigador por las fachadas higromórficas surgió de la lectura de un artículo en Architectural Design titulado “Material capacity – embedded responsiveness” de Achim Menges y Steffen Reichart, que presenta prototipos de madera en una construcción de dos capas para reaccionar a los cambios de humedad, permitiendo que una fachada se abra y se cierre en respuesta a las variaciones ambientales. Al mismo tiempo, Ben estaba empezando a desencantarse con los enfoques demasiado tecnológicos de la arquitectura sostenible, y los materiales hidromórficos surgieron como una solución notablemente elegante, que permitía a los edificios adaptarse y responder sin depender de sensores, motores, procesadores y energía.
Los materiales higromórficos tienen potencial para proporcionar fachadas de bajo costo, bajo impacto ambiental y bajo mantenimiento que reducen el uso de energía de los edificios. Pero implementarlos de una manera que logre esto es en realidad un gran desafío, y en esto se ha centrado nuestra investigación.
Actualmente, los investigadores del laboratorio participan en dos proyectos principales de higromorfos. El primero, RESPIRE (Passive, Responsive, Variable Porosity Building Skins), financiado por Leverhulme Trust, investiga el uso de materiales higromórficos de base biológica para crear fachadas adaptables y respirables. El otro proyecto explora el uso de esporas bacterianas como higromorfos altamente sensibles. Según Ben, en ambos hay ciertos desafíos similares que superar:
Lo primero es comprender las condiciones ambientales de manera integral: aunque los higromorfos reaccionan a la humedad, el objetivo principal de una fachada receptiva es regular la temperatura interna y esto no siempre se correlaciona directamente. Por ejemplo, en escenarios donde las fachadas orientadas al sur (en el hemisferio norte) se calientan excesivamente, el objetivo es cerrar el sombreado para mitigar la ganancia solar. A través de diversos análisis se observó que en el Reino Unido existe una correlación muy limitada entre la humedad relativa y la temperatura. En Nueva Delhi, por el contrario, en verano existe una fuerte correlación entre ambos, lo que puede representar un inmenso potencial de uso...
Para crear fachadas funcionales y receptivas utilizando higromorfos, también debemos ser capaces de "programar" los materiales para que funcionen en condiciones específicas. Ben señala que, "por ejemplo, podríamos necesitar un material que sea curvo con un 40% de humedad relativa y plano con un 70% de humedad relativa. Tanto para la chapa de madera como para los higromorfos de esporas bacterianas hemos desarrollado métodos de fabricación que nos permiten especificar este comportamiento mediante el control de las condiciones de fabricación."
Otra limitación crítica tiene que ver con la velocidad de respuesta. Es decir, hay materiales que tienen un tiempo de respuesta de minutos y otros que tardan meses. "Las esporas bacterianas tienen los tiempos de respuesta más rápidos y pueden responder en unos pocos minutos, mientras que los higromorfos a base de madera se pueden diseñar con tiempos de respuesta de minutos a horas o semanas, dependiendo del grosor de la madera y la construcción del material bicapa". Esto hace posible desarrollar fachadas de edificios que respondan a diversos estímulos, incluidos eventos climáticos de corta duración, ciclos diarios y cambios estacionales.
Finalmente, se encuentra el factor de durabilidad. Cualquier material de construcción debe durar años o incluso décadas sin mantenimiento ni degradación del rendimiento.
Hemos probado externamente higromorfos de chapa de madera durante más de 2 años y hemos encontrado muy buena durabilidad; esto se logró después de pruebas exhaustivas de diferentes combinaciones de materiales, adhesivos y métodos de fabricación. Y podemos pensar en cómo se instala el higromorfo en el edificio: se podrían instalar higromorfos robustos a base de madera en el exterior, pero también sistemas más frágiles que utilicen un revestimiento de madera muy fino o esporas bacterianas dentro de una fachada de doble piel para protegerlos del viento y la lluvia.
Según Ben, la investigación de nuevos materiales y técnicas desempeña un papel fundamental a la hora de impulsar los objetivos de sostenibilidad a escala global. La investigación sobre materiales higromórficos ha revelado oportunidades prometedoras para mejorar la eficiencia de los edificios y reducir el consumo de energía, particularmente en regiones con climas extremos como Nueva Delhi. Mediante el desarrollo de sistemas de ventilación y sombreado higromórficos adaptados a las condiciones ambientales específicas de dichos lugares, se puede reducir significativamente la dependencia del aire acondicionado que consume mucha energía. “Hemos desarrollado una pantalla higromorfa realizada de chapa de madera tejida, que se abre pasivamente por la noche para proporcionar ventilación nocturna y se cierra durante el día. Esto podría adaptarse a los edificios existentes y fabricarse utilizando madera y habilidades locales. Ésta es la clave para avanzar en la sostenibilidad global: utilizar la investigación para desarrollar soluciones locales simples adaptadas a climas, tipologías de edificios y culturas específicos”.
Añade que “nuestro trabajo en el Centro de Biotecnología en el Entorno Construido de las Universidades de Newcastle y Northumbria enfatiza un enfoque holístico hacia la creación de "edificios vivos" que sean a la vez sustentadores de vida y sustentados por la vida”. Al utilizar materiales de ingeniería vivos, como materiales higromórficos, estos edificios pueden mitigar el impacto ambiental de los procesos tradicionales de construcción industrial. Además, tienen la capacidad de metabolizar sus propios residuos, reduciendo así la contaminación, generando energía y produciendo productos de alto valor.
La incorporación de materiales higroscópicos en fachadas arquitectónicas adaptativas puede ser un hito importante en el avance de las prácticas de diseño sostenible al inspirarse en el comportamiento natural y aplicarlo a la construcción civil. Con una mayor exploración e innovación, estos materiales tienen el potencial de transformar el mundo de la construcción, ofreciendo un camino hacia un futuro más sostenible construido sobre los propios mecanismos de la naturaleza. Esto significa desarrollar y ampliar las biotecnologías para crear una nueva generación de "edificios vivos" que sean responsables y respondan a su entorno natural.
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