09.06.2020 - Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt)

Una receta para el eco-hormigón

Un concreto con CO2 negativo sería un verdadero amigo del clima

La producción de cemento tiene que reducir drásticamente su huella ambiental. Por lo tanto, los investigadores de Empa están trabajando en recetas alternativas de cemento que causan significativamente menos emisiones o incluso pueden ligar el gas de efecto invernadero dióxido de carbono.

Es el producto más utilizado en el mundo. El cemento es indispensable, pero su reputación se ha visto bastante empañada en el curso del actual debate sobre el clima. Mezclado con agua, arena y grava, da como resultado el hormigón, sobre el que se construye nuestro mundo moderno. Sin embargo, el material frugal está en el centro de atención principalmente debido a otra propiedad: La producción de una tonelada de cemento causa alrededor de

700 kg de dióxido de carbono (CO2) que se emite en la atmósfera. Esto es menos que en el caso de, digamos, la producción de acero o aluminio. Pero es la cantidad pura la que hace la diferencia. Cada año, producimos alrededor de doce kilómetros cúbicos de hormigón en todo el mundo, una cantidad que podría llenar completamente el Lago de Lucerna - cada año de nuevo. Y la tendencia está aumentando.

La proporción de las emisiones globales de CO2 causadas por la industria del cemento es actualmente de alrededor del siete por ciento. Sin embargo, es probable que esto aumente en el futuro, ya que la demanda está creciendo en Asia y cada vez más en África, mientras que la producción en Europa es más o menos estable. Por lo tanto, ya es hora de buscar un cemento que ofrezca a las personas vivienda e infraestructura, pero que a la vez tenga en cuenta los aspectos ambientales y pueda ser producido en línea con nuestros objetivos climáticos. El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) también pide que se desarrollen y utilicen inmediatamente nuevos materiales a base de cemento que sean más respetuosos con el clima y, al mismo tiempo, más rentables. Por lo tanto, los investigadores de Empa están trabajando en tipos alternativos de cemento y hormigón que produzcan un gas de efecto invernadero menos dañino o que incluso puedan ligar el CO2.

"El cemento se quema tradicionalmente en un horno rotatorio a unos 1450 grados centígrados", dice el investigador de Empa Frank Winnefeld del laboratorio de Hormigón y Asfalto de Empa. Aunque los combustibles fósiles pueden ser sustituidos por energías alternativas, "con un grado medio de sustitución del 50 por ciento con las tecnologías actuales, el potencial de ahorro ya está bastante agotado, al menos en Europa", dice Winnefeld. Sin embargo, se podría ahorrar más energía utilizando materias primas que requieren una temperatura de combustión más baja. Un candidato prometedor es el cemento CSA hecho de sulfato de calcio. Requiere una temperatura de cocción que es 200 grados más baja y emite alrededor de 200 kg menos de CO2 por tonelada de cemento. Pero la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero no sólo se debe a la menor temperatura de cocción. Una gran parte de la ventaja climática del cemento CSA se debe a la menor cantidad de piedra caliza en la mezcla de materias primas.

Una gran demanda

La piedra caliza es responsable de la mayor parte de las emisiones de CO2 mediante una reacción química durante la producción de cemento. Por lo tanto, la reducción de la proporción de caliza es un aspecto interesante en el desarrollo del eco-cemento. Además del cemento CSA, los investigadores estudian los componentes sustitutivos que se acumulan como materiales de desecho en otras industrias.

Entre ellas se encuentran las escorias de los altos hornos utilizados en la producción de arrabio y las cenizas volantes que quedan de la combustión del carbón. Ambos productos pueden mezclarse con el cemento para ayudar a reducir las emisiones de CO2.

Pero estas materias primas secundarias no pueden satisfacer la gigantesca demanda de la industria. Los investigadores de Empa están, por lo tanto, abriendo nuevos caminos e identificando ramas de la industria cuyos residuos son todavía poco utilizados. "La recuperación metalúrgica de metales preciosos de los residuos electrónicos deja una escoria de alta calidad que también puede mezclarse con el cemento en forma de polvo", explica Winnefeld. Si el contenido de metales pesados de la escoria cumple las normas legales, este cemento también podría utilizarse en Suiza. La buena noticia es que los sedimentos de la "mina urbana" de los restos de nuestros teléfonos móviles y ordenadores en desuso seguirán creciendo en el futuro. Según Winnefeld, también es posible utilizar los residuos minerales de la construcción para aditivos del cemento.

El tipo de aditivos en el cemento podría incluso cambiarse de tal manera que el proceso de quemado pudiera eliminarse completamente. En el llamado cemento activado por álcalis, los componentes como la escoria, la ceniza o la arcilla calcinada son animados a la reacción química deseada por soluciones alcalinas fuertes como los silicatos de sodio. Los productos de esta reacción se combinan entonces para formar un material cuya resistencia a la compresión corresponde a la del cemento convencional quemado.

El gas climático atrapado en el hormigón

La capacidad de fijar el CO2 en el hormigón en lugar de liberarlo es también una característica ingeniosa. Un hormigón con CO2 negativo sería un verdadero amigo del clima. Los investigadores de Empa están trabajando en un cemento a base de magnesio que proporcionará la base para este eco-hormigón. Los recursos para la materia prima están disponibles en regiones donde se encuentra en el suelo olivino que contiene magnesio. El mineral se encuentra principalmente en las profundidades del manto terrestre. Sin embargo, si es transportado a la superficie por la actividad volcánica, por ejemplo en Escandinavia, puede ser degradado. En la producción de cemento a partir de olivino, el CO2 se añade al silicato de magnesio en bruto. Y como sólo una parte del material se quema en un paso de procesamiento posterior, en general se produce menos CO2 del que se consumía anteriormente. Y aunque el producto ya lleva un nombre pegadizo ("MOMS", Óxido de Magnesio derivado de los Silicatos), sus propiedades todavía están en gran parte inexploradas.

Diversidad creciente

Para asegurar que tales enfoques no terminen como productos de nicho, sino que puedan ser producidos industrialmente y de manera rentable, análisis meticulosos deben mostrar que el eco-cemento cumple con los mismos requisitos que los productos convencionales. Muchos tipos alternativos de cemento carecen actualmente de las recetas simples para añadir nuevos constituyentes o modificar los procesos de fabricación sin comprometer las codiciadas propiedades del cemento tradicional. Mientras no se pueda demostrar sin lugar a dudas que el rendimiento del eco-cemento es al menos equivalente, el cemento Portland clásico, un material de construcción de bajo costo y bien caracterizado, seguirá siendo el material de elección de los ingenieros civiles.

Los investigadores del cemento de Empa están analizando actualmente las relaciones de mezcla química y los criterios de conformidad, como la resistencia y la durabilidad de los nuevos tipos de cemento, preparando el camino para obtener aprobaciones que cumplan las normas. Esto incluye investigaciones a pequeña y gigantesca escala. Además de las investigaciones químicas, los análisis microscópicos y la modelización termodinámica, con los que se investigan las reacciones en el interior del cemento, también se compara la capacidad de carga de grandes componentes fabricados con diferentes tipos de cemento. "Habrá que optimizar los procesos industriales, ya que en muchos casos siguen siendo demasiado costosos", dice Winnefeld. Sin embargo, es evidente que se pueden utilizar tipos alternativos de cemento para producir hormigón con una durabilidad comparable o incluso mejor.

En cualquier caso, ya está surgiendo un desarrollo: La variedad de productos de cemento y hormigón aumentará en el futuro. Para los productores de materiales de construcción, esta diversidad conlleva un aumento de las exigencias. Además, Winnefeld está segura de que el uso de materias primas secundarias haría más atractivas las soluciones locales si no hubiera rutas de transporte, por ejemplo porque se producen residuos industriales adecuados cerca de una planta de cemento.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt)

Recommiende artículo PDF / Imprimir artículo

Compartir

Hechos, antecedentes, expedientes
  • cemento
  • dióxido de carbóno
Más sobre Empa
  • Noticias

    La investigación en nano seguridad sin experimentos con animales

    Para reducir el número de experimentos con animales en la investigación, se están buscando métodos alternativos. Se trata de un reto especial si se quiere garantizar la seguridad de sustancias que apenas se han estudiado, por ejemplo, la clase completamente nueva de nanomateriales. Para log ... más

    El motor más pequeño del mundo

    Un equipo de investigación de Empa y EPFL ha desarrollado un motor molecular que consiste en sólo 16 átomos y que gira de forma fiable en una dirección. Podría permitir la recolección de energía a nivel atómico. La característica especial del motor es que se mueve exactamente en el límite e ... más

    El silicio sorprendentemente fuerte y deformable

    Los investigadores de ETH y Empa han demostrado que se pueden hacer objetos diminutos de silicio que son mucho más deformables y fuertes de lo que se pensaba. De esta manera, los sensores de los teléfonos inteligentes podrían hacerse más pequeños y más robustos. Desde la invención del trans ... más