Madera reforzada con partículas nanométricas de hierro

Unos ingenieros han ideado un modo eficaz, así como respetuoso con el medio ambiente, de reforzar madera incluyendo en ella nanopartículas de hierro.

Esta ferromadera puede elaborarse a partir de desechos vegetales. Un componente clave, la lignocelulosa, que se encuentra en la madera de muchos vegetales, puede recogerse con facilidad y modificarse químicamente para mejorar sus propiedades.

Mediante este tipo de cambios químicos, un equipo encabezado por Steven Soini, de la Universidad Atlántica de Florida en la ciudad estadounidense de Boca Ratón, está creando materiales avanzados y nuevas formas de utilizarlos en construcciones sostenibles. Con unos 181.500 millones de toneladas de madera producidas al año en todo el mundo, la industria maderera es una de las mayores fuentes de materiales renovables.

El proyecto se inició con el reto de comprobar si la adición a escala nanométrica de minerales extremadamente duros podría reforzar las paredes de las células de la madera sin hacerla más pesada, ni más cara ni perjudicial para el medio ambiente. Pocos estudios han investigado el comportamiento de la madera tratada a diferentes escalas, y ninguno hasta ahora había conseguido hallar un modo de reforzar piezas enteras de madera incorporando minerales inorgánicos directamente a las paredes celulares.

El equipo de investigación se centró en un tipo especial de madera dura conocida como madera de porosidad anular, que procede de árboles de hoja ancha como el roble, el arce, el cerezo y el nogal. Estos árboles poseen conductos en forma de anillo que transportan el agua desde las raíces hasta las hojas. Para el estudio, los investigadores utilizaron roble rojo, común en Norteamérica, e introdujeron un compuesto de hierro en la madera mediante una sencilla reacción química. Mezclando nitrato férrico con hidróxido potásico, crearon ferrihidrita, un mineral de óxido de hierro.

Los resultados del estudio revelaron que un método químico sencillo y rentable que utiliza un mineral seguro llamado oxihidróxido de hierro nanocristalino puede reforzar las diminutas paredes celulares de la madera añadiendo solo una pequeña cantidad de peso extra. En las pruebas, la estructura interna de la madera tratada se hizo más duradera, mientras que el resto de del comportamiento general de la madera (por ejemplo, cómo se dobla) permaneció prácticamente inalterado.

Imagen captada mediante microtomografía computerizada que muestra la distribución de mineral de hierro en una sección microscópica de una muestra de la nueva madera reforzada. (Imagen: Florida Atlantic University)

Los resultados del estudio sugieren que, con el tratamiento químico adecuado, es posible aumentar la resistencia de la madera y de otros materiales vegetales sin aumentar su peso ni dañar el medio ambiente. Estos nuevos materiales podrían sustituir algún día a los materiales de construcción tradicionales, como el acero y el hormigón, en aplicaciones como edificios altos, puentes, muebles y pavimentos.

Soini y sus colegas exponen en la revista académica ACS Applied Materials & Interfaces los detalles técnicos de sus últimos resultados en esta línea de investigación y desarrollo, bajo el título “Multiscale Mechanical Characterization of Mineral-Reinforced Wood Cell Walls”. (Fuente: NCYT de Amazings)