Investigadores del Polyhedral Structures Laboratory de la Universidad de Pennsylvania han desarrollado Diamanti, un sistema estructural impreso en 3D que convierte el hormigón en un potencial sumidero de carbono. Combinando geometría avanzada y ciencia de materiales, el equipo liderado por el profesor Masoud Akbarzadeh utiliza formas huecas inspiradas en la naturaleza y mezclas de cemento reformuladas con tierra de diatomeas para aumentar la porosidad y la capacidad de absorción de CO₂. Cada módulo impreso mediante robótica está diseñado para soportar presión y tensión mientras utiliza un 60 % menos de material que el hormigón convencional. Los primeros prototipos incluyen puentes modulares en Venecia y Francia, y el proyecto ya se extiende a paneles de fachada y sistemas de suelo modulares, demostrando cómo la innovación geométrica puede contribuir a la construcción sostenible.

Una nueva forma de ver el hormigón

El hormigón es responsable de casi un 8 % de las emisiones globales de carbono, principalmente por el proceso de producción del cemento, que requiere calentar piedra caliza a cerca de 2.000 °C, liberando enormes cantidades de CO₂. La iniciativa Diamanti aborda este problema desde dos frentes: química y geometría.

En lugar de verter hormigón en moldes estándar, el laboratorio de Pennsylvania emplea impresión 3D robótica para crear módulos curvos y huecos. Estos módulos aumentan la superficie expuesta y permiten que el dióxido de carbono se difunda más profundamente, reaccionando químicamente con compuestos a base de calcio presentes en la mezcla. La incorporación de tierra de diatomeas, un mineral rico en sílice derivado de algas fósiles, aumenta la porosidad del material y logra que la mezcla absorba hasta un 140 % más de CO₂ que el hormigón tradicional bajo las mismas condiciones (TechSpot).

El diseño geométrico se inspira en estructuras biológicas, como los huesos humanos, que distribuyen las cargas de manera eficiente manteniendo un bajo peso. Se utilizan superficies mínimas periódicas triplemente periódicas, que permiten optimizar la resistencia a la compresión y tensión sin necesidad de incrementar la masa. Gracias a esta optimización, los módulos usan aproximadamente un 60 % menos de hormigón que los métodos convencionales, reduciendo significativamente las emisiones asociadas a la fabricación del material.

Prototipos y pruebas: de laboratorio a Venecia

Para demostrar la viabilidad del concepto, el equipo construyó un puente de 2,5 metros formado por nueve módulos prefabricados impresos con brazo robótico. Cada pieza incorpora cavidades y texturas superficiales que refuerzan tanto la estructura como la capacidad de captura de carbono. Los módulos se ensamblan mediante cables de acero post-tensados sin mortero, lo que permite desmontarlos y reutilizarlos, reduciendo la necesidad de refuerzos de acero, una fuente importante de emisiones.

Las pruebas posteriores en el CERIB, en Francia, confirmaron que el sistema podía escalarse a modelos de cinco y diez metros, utilizando mezclas de hormigón específicas de Sika y fabricadas por la empresa de robótica Carsey3D. La ingeniería se apoya en la estática gráfica poliédrica, un método matemático que optimiza cómo se distribuyen las tensiones de compresión y tracción a través de la estructura (Advanced Functional Materials).

Cada módulo impreso demuestra la posibilidad de combinar rigidez estructural y absorción de CO₂, un balance que hasta ahora había sido muy difícil de alcanzar. Los diseños porosos logran que incluso un módulo de pequeño tamaño actúe como sumidero de carbono, aumentando significativamente el impacto ambiental positivo del hormigón.

Más allá de los puentes: aplicaciones futuras

El equipo no se limita a puentes: Diamanti también se aplica a paneles de fachada y sistemas de suelo modulares. Cada componente mantiene la lógica geométrica y química de los prototipos iniciales, optimizando la resistencia mientras maximiza la captura de carbono. La limitación actual es la disponibilidad de tierra de diatomeas, pero regiones con depósitos naturales podrían utilizarla para producir hormigón más sostenible a gran escala (ScienceDaily).

Aunque no reemplaza completamente los métodos tradicionales, el sistema ofrece una reducción significativa de emisiones en el material de construcción más usado del mundo. Según Akbarzadeh, la naturaleza alcanza fuerza mediante eficiencia, no exceso. Diamanti lleva este principio a la arquitectura: estructuras más fuertes con menos hormigón y un efecto positivo en la calidad del aire.

Los investigadores también exploran cómo estos principios pueden integrarse en infraestructuras urbanas, como carreteras, estaciones y edificios, usando robótica y algoritmos de diseño digital para generar componentes prefabricados adaptados a cada entorno. La combinación de geometría avanzada, química optimizada y fabricación aditiva podría cambiar la manera en que se concibe la construcción sostenible.

Impacto potencial y desafíos

Diamanti muestra que la impresión 3D de hormigón no solo es viable desde el punto de vista estructural, sino que puede contribuir de manera tangible a mitigar las emisiones de carbono. El proyecto ya ha demostrado absorciones de CO₂ superiores al 140 % frente a hormigón convencional, y la reducción del 60 % en material utilizado disminuye las emisiones indirectas.

A pesar de estos avances, existen desafíos importantes: escalabilidad, suministro de materiales y estándares de ensayo. Cada módulo requiere precisión robótica y control de calidad extremo para asegurar la integridad estructural. Además, aunque el hormigón modificado captura más carbono, la disponibilidad de diatomita limita la producción masiva, y los investigadores deben buscar fuentes alternativas o sustitutos que mantengan la eficacia química.

La integración en la industria de la construcción dependerá de la capacidad de demostrar que los módulos pueden soportar cargas reales a largo plazo y resistir condiciones ambientales extremas. Sin embargo, Diamanti ofrece un ejemplo claro de cómo la ingeniería basada en la geometría puede mejorar el impacto ambiental sin sacrificar funcionalidad.

Reflexiones finales

El proyecto Diamanti evidencia que la combinación de innovación en diseño, ciencia de materiales y fabricación aditiva puede generar un impacto real en la sostenibilidad de la construcción. No se trata solo de reducir el consumo de cemento, sino de transformar el hormigón en un aliado climático capaz de capturar carbono.

Cada módulo, inspirado en la naturaleza y fabricado con precisión robótica, demuestra que las soluciones ingenieriles pueden ser tanto estéticas como funcionales, reduciendo emisiones y maximizando la eficiencia estructural. Con su expansión a paneles, suelos y puentes, Diamanti podría sentar un precedente en la construcción sostenible a nivel global, mostrando que la innovación arquitectónica y la responsabilidad ambiental pueden ir de la mano.