Un ´pegante natural´ para rocas y suelos a partir de microorganismos

Investigadores del grupo de Mineralogía Aplicada y Bioprocesos, de la Facultad de Minas desarrollan un cemento natural a partir de bacterias calcificantes para el tratamiento de fracturas en rocas naturales u obras de ingeniería. Entre sus potenciales usos se destacan la preservación de monumentos y fachadas, la estabilización de rocas y la contención de aguas contaminadas o agentes tóxicos en los terrenos.

La resistencia y la permeabilidad de las rocas y los suelos tiene variaciones que pueden afectar la calidad de las construcciones, en ese sentido, la ingeniería ofrece opciones para modificar estas y otras propiedades desde un método ecológicamente sano y basado en Sporosarcina Pasteurii, una bacteria no patógena, es decir que no causa enfermedades o daños, de color azul oscuro y en forma de bastón, que es muy utilizada en contextos de biocementación por su capacidad de producción de minerales de carbonato de calcio.

“La necesidad de sellar fracturas de rocas o concretos en ámbitos como la construcción o la investigación, es alta. Las fracturas en las rocas se dan, tanto en escalas microscópicas, como en grandes espacios, como pozos de extracción de agua y de hidrocarburos, también en contextos como tunelería, minería y flujos de gases, es decir, que su posibilidad de aplicación es muy alta”, explicó Naren Grajales Ríos, doctorando de Biotecnología de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín.

Esta aplicación de tratamiento biológico para fracturas en rocas u obras se está desarrollando in vitro en los Laboratorios de Ingeniería de Rocas y de Biomineralogía y Biohidrometalurgia, ubicados en el Bloque M17, de la Facultad de Minas. El equipo principal en la actualidad está integrado, además de Naren Grajales Ríos, por los profesores Álvaro Castro Caicedo, Marco Márquez Godoy, Pedro Brito Brandão —de la Sede Bogotá—, Cristhian Mendoza —de la Sede Manizales— y Victoria Meza del Politécnico Jaime Isaza Cadavid.

“Se trata de microorganismos calcificantes. Dicha calcificación se da por sus reacciones químicas: al degradar la urea, compuesto químico que es fuente de carbono y nitrógeno, Sporosarcina Pasteurii utiliza su metabolismo biológico para llegar al biomaterial que, en este caso, es el carbonato de calcio. Están en todas partes, en el agua, en las rocas, en las frutas… En laboratorio aislamos las matrices sólidas de los que los obtenemos que por lo general tiene que ver con la urea”, explicó Grajales Ríos.

Los análisis y pruebas con estos microorganismos se aplican a rocas como arenisca, granito, mármol y filita, en los cuales se han modificado algunas propiedades de estas superficies que pueden ocasionar problemas en obras de ingeniería.  Aunque este tipo de “soldadura” requiere tiempo, en el laboratorio se han acelerado sus propiedades.

Grajales Ríos aseveró que “hay que tener en cuenta que muchos factores ambientales pueden incidir en la síntesis del cemento, sin embargo, en laboratorio redujimos el proceso de 21 días a 3. Técnicamente, la pega obra en un día y medio, pero la dejamos más tiempo para que sintetice y produzca el biomaterial y se produzca el carbonato de calcio. Hasta hoy la hemos aplicado a rocas, a secuestro de dióxido de carbono, a movilización de metales pesados, a mejoramiento de suelos, y con ello hemos generado un mejoramiento en sus reacciones”.

Ante la erosión hídrica —por cuerpos de agua—, por ejemplo, estos microorganismos pegan los pequeños granos del suelo, generando una barrera impermeable, evitando, además, que se pierdan los suelos de cultivo. En este sentido también puede ser una solución para contener, separar o aislar depósitos de líquidos con algún grado de peligro o toxicidad.

“El tema de los microorganismos constituye el futuro de la humanidad porque a partir de ellos se generan tecnologías más limpias y eficientes. Estas bacterias son no patógenas; entonces, si vas a un macizo rocoso a inyectar cemento o polímeros, acaba con todos los seres vivos que lo habitan, ya que esas sustancias son medios muy agresivos. Sporosarcina Pasteurii tiene una toxicidad muchísimo menor y no afecta la salud de los seres vivos”, destacó el profesor Álvaro Castro Caicedo, coordinador del Laboratorio de Ingeniería de rocas y codirector de la tesis doctoral de Naren Grajales.

Este sellado tiene una aplicabilidad en múltiples áreas, sobre todo como contención de agentes tóxicos, materiales para pavimentos de vías secundarias y terciarias, separación de fluidos e impermeabilización de superficies. En ese sentido, ofrece como plus su sostenibilidad y sanidad ambiental, sin degradarse.

“La erosión es un problema no solo en el agro, sino en el impacto paisajístico, en lo ambiental y en lo civil. Los surcos —pequeños— y cárcavas —con más de un metro de profundidad— representan la degradación o desertificación de un suelo y eso es un problema desde el punto de vista ingenieril porque pueden derribar un edificio o acabar con una carretera y en este sentido esto es como un pegante que puede sellar esas fallas”, narró Marco Márquez Godoy, director del Laboratorio de Biomineralogía y Biohidrometalurgia —LBB— del departamento de Materiales y Minerales de la Universidad Nacional de Colombia.

Este tratamiento, que ha demostrado ser efectivo en el laboratorio al modificar propiedades clave como la permeabilidad y resistencia, podría transformar la forma en que enfrentamos desafíos geotécnicos y estructurales, posicionando a la biocementación como una herramienta esencial para el desarrollo de infraestructuras más resilientes y respetuosas con el medio ambiente. La combinación de avances científicos, como los de este equipo multidisciplinario, con la aplicación práctica de soluciones biotecnológicas, abre un camino hacia un futuro más sostenible en la ingeniería de rocas y de materiales.