Luchar contra la erosión costera usando electricidad
Una ligera descarga eléctrica puede fortalecer una costa marina durante generaciones, reduciendo en gran medida la amenaza de erosión ante el cambio climático y el aumento del nivel del mar.
En un nuevo estudio, los investigadores de la Universidad Northwestern se inspiraron en las almejas, los mejillones y otras formas de vida marina que habitan en conchas, que utilizan minerales disueltos en el agua de mar para construir sus conchas.
De manera similar, los investigadores aprovecharon los mismos minerales disueltos que se encuentran en la naturaleza para formar un cemento natural entre los granos de arena empapados en el mar. Pero, en lugar de utilizar energía metabólica como lo hacen los moluscos, los investigadores utilizaron energía eléctrica para estimular la reacción química.
En experimentos de laboratorio, una ligera corriente eléctrica cambió instantáneamente la estructura de la arena marina, transformándola en un sólido inamovible similar a una roca. Los investigadores tienen la esperanza de que esta estrategia pueda ofrecer una solución duradera, económica y sostenible para fortalecer las costas globales.
El estudio aparece en la revista Communications Earth & Environment.
"Más del 40% de la población mundial vive en zonas costeras", dijo Alessandro Rotta Loria, profesor adjunto de Ingeniería Civil y Ambiental de Northwestern, quien dirigió el estudio. "Debido al cambio climático y al aumento del nivel del mar, la erosión es una enorme amenaza para estas comunidades. A través de la desintegración de la infraestructura y la pérdida de tierra, la erosión causa miles de millones de dólares en daños por año en todo el mundo. Los enfoques actuales para mitigar la erosión implican la construcción de estructuras de protección o la inyección de aglutinantes externos en el subsuelo.
"Mi objetivo era desarrollar un enfoque capaz de cambiar el statu quo en la protección costera, uno que no requiriera la construcción de estructuras de protección y pudiera cimentar los sustratos marinos sin usar cemento real. Al aplicar una estimulación eléctrica suave a los suelos marinos, demostramos sistemática y mecánicamente que es posible cementarlos convirtiendo los minerales disueltos naturalmente en el agua de mar en aglutinantes minerales sólidos: un cemento natural".
Desde la intensificación de las tormentas hasta el aumento del nivel del mar, el cambio climático ha creado condiciones que están erosionando gradualmente las costas. Según un estudio de 2020 del Centro Común de Investigación de la Comisión Europea, casi el 26% de las playas de la Tierra desaparecerán a finales de este siglo.
Para mitigar este problema, las comunidades han implementado dos enfoques principales: construir estructuras y barreras de protección, como diques marinos, o inyectar cemento en el suelo para reforzar los sustratos marinos, que en su mayoría consisten en arena. Pero estas estrategias conllevan múltiples problemas. No sólo son extremadamente caros, sino que además no son duraderos.
"Los diques marinos también sufren erosión", dijo Rotta Loria. "Por lo tanto, con el tiempo, la arena debajo de estos muros se erosiona y los muros pueden acabar derrumbándose. A menudo, las estructuras de protección están hechas de grandes piedras, que cuestan millones de dólares por milla. Sin embargo, la arena debajo de ellas puede esencialmente licuarse debido a una serie de factores estresantes ambientales, y estas grandes rocas son tragadas por el suelo debajo de ellas.
"La inyección de cemento y otros aglutinantes en el suelo tiene una serie de inconvenientes ambientales irreversibles. También suele requerir altas presiones y cantidades significativas de energía interconectadas".
Para evitar estos problemas, Rotta Loria y su equipo desarrollaron una técnica más sencilla, inspirada en los corales y los moluscos. El agua de mar contiene de forma natural una gran cantidad de iones y minerales disueltos. Cuando se aplica una corriente eléctrica suave (de 2 a 3 voltios) al agua, se desencadenan reacciones químicas que convierten algunos de estos componentes en carbonato de calcio sólido, el mismo mineral que utilizan los moluscos para construir sus caparazones. Asimismo, con un voltaje ligeramente superior (4 voltios), estos componentes se pueden convertir predominantemente en hidróxido de magnesio e hidromagnesita, un mineral omnipresente que se encuentra en varias piedras.
Cuando estos minerales se fusionan en presencia de arena, actúan como un pegamento, uniendo las partículas de arena. En el laboratorio, el proceso también funcionó con todo tipo de arenas, desde la sílice común y las arenas calcáreas hasta las arenas de hierro, que a menudo se encuentran cerca de los volcanes.
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