Los materiales compuestos combinan fibras resistentes con una matriz liviana. Actualmente, los compuestos más difundidos —como la fibra de carbono, la fibra de vidrio o el Kevlar— dependen de fibras sintéticas y de procesos industriales altamente demandantes en energía. Además, su durabilidad dificulta su reutilización o reciclaje al final de su vida útil. Sustituir las fibras sintéticas por alternativas naturales permitiría desarrollar soluciones renovables y biodegradables.

Matt Hutchins, investigador del Departamento de Ingeniería Mecánica y autor principal del estudio, explicó: “En el interior de las palas del cactus existe una red natural de fibras. Estas fibras forman una estructura similar a un panal que ayuda a la planta a soportar su propio peso y resistir la flexión provocada por fuertes vientos. Estamos explorando cómo extraer estas estructuras y mantenerlas intactas, aprovechando sus propiedades naturales para reforzar compuestos de base biológica”.

Este trabajo constituye el primer resultado de una colaboración internacional de investigación liderada por el Dr. Fulvio Pinto, junto con el Centre for Regenerative Design & Engineering for a Net Positive World y la Universidad de Catania, en Sicilia, Italia.

Las fibras vegetales, como el lino y el cáñamo, ya habían sido estudiadas como alternativas naturales a las fibras sintéticas. Sin embargo, su cultivo implica costos ambientales relacionados con el uso del suelo, el consumo de agua y la utilización de pesticidas y fertilizantes. En cambio, aprovechar residuos agrícolas evita estos inconvenientes y ofrece una alternativa económica, abundante y de bajo impacto ambiental.

La tuna (Opuntia ficus-indica) es un cactus de rápido crecimiento que prospera en climas cálidos y secos, y se espera que su área de expansión aumente debido al cambio climático. Grandes cantidades de residuos agrícolas se generan como subcomponente de la producción alimentaria o de las tareas de poda destinadas a controlar su propagación.

El Dr. Pinto afirmó: “Aunque los beneficios de los materiales sostenibles de origen biológico son ampliamente conocidos, su utilización en la construcción todavía resulta limitada. Esperamos que la incorporación de plantas regionales o culturalmente significativas permita no solo reducir el carbono incorporado en los materiales de construcción, sino también incrementar la adopción de materiales naturales en aplicaciones civiles”.

Transformar residuos de cactus en elementos constructivos viables depende de la posibilidad de separar fibras útiles sin dañar su estructura natural. Omar Elhawary, integrante del equipo de investigación, trabaja actualmente en el estudio de la adhesión entre estas fibras y resinas biológicas para desarrollar compuestos completamente sostenibles.

Los investigadores compararon dos métodos de extracción. El primero, denominado “enriado en agua” (water retting), conforma una técnica tradicional disponible desde hace siglos en el procesamiento del lino. Consiste en sumergir el material vegetal en agua durante varias semanas hasta que los tejidos blandos se degradan, permitiendo retirar y secar las fibras limpias. El segundo método utiliza variaciones de presión de agua para eliminar los tejidos blandos, reduciendo el tiempo de procesamiento en aproximadamente un 90 %.

Aunque el enriado es más lento, el equipo comprobó que produce fibras más limpias y resistentes, con menos residuos capaces de debilitar el material final. También descubrieron que las fibras obtenidas de palas más antiguas resultan más resistentes y fáciles de separar respecto de las provenientes de plantas jóvenes.

Cuando se incorporaron a matrices plásticas, las fibras de cactus lograron materiales significativamente más rígidos y resistentes en relación a sus componentes por separado, especialmente frente a flexión e impactos leves.

Los compuestos obtenidos mostraron un buen desempeño en temperaturas utilizadas en procesos industriales de baja cuantía, aunque no resultan adecuados para aplicaciones sometidas a altas temperaturas o elevadas exigencias estructurales.