10.11.2021 - Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Las emisiones de dióxido de carbono a largo plazo de la producción de cemento pueden reducirse drásticamente

Los químicos desarrollan un método para producir cemento por molienda en lugar de quemar la cal, que es perjudicial para el medio ambiente

El calentamiento global y la vivienda asequible son dos temas dominantes en el debate público. La protección del clima se consigue reduciendo las emisiones del gas de efecto invernadero dióxido de carbono (CO₂). La vivienda se genera mediante la construcción de más viviendas. Para ello es necesario el hormigón, el material de construcción más importante de nuestro mundo moderno. A primera vista, el hormigón parece no ser problemático. No contiene combustibles fósiles, no es tóxico y no flota en los océanos en forma de residuos plásticos. Pero esta impresión es engañosa, porque la producción de cemento es actualmente el mayor emisor industrial de CO₂ en todo el mundo, representando alrededor del 8% o 2.700 millones de toneladas de CO₂ al año. Esto se debe a la combustión de combustibles fósiles -sobre todo carbón- a temperaturas de unos 1.000 grados centígrados y a la sinterización a unos 1.450 grados centígrados.

El hormigón es muy versátil, barato, literalmente duro, y puede moldearse en casi cualquier forma. En principio, sólo se compone de arena, grava, agua y el cemento aglutinante. Este último se fabrica mediante la calcinación de cal, arcilla y algunos otros componentes, y forma hidratos de silicato de calcio estables durante el endurecimiento, que son los responsables de las propiedades del hormigón.

Sin embargo, el problema radica precisamente en la calcinación de la cal (CaCO₃), ya que por cada molécula de óxido de calcio (CaO) producida, la llamada "cal quemada" o "cal viva", se libera una molécula del gas de efecto invernadero CO₂. Para una producción mundial anual de unos 4.500 millones de toneladas de cemento, esto se traduce en 2.700 millones de toneladas de CO₂. Esto equivale a aproximadamente la mitad de las emisiones anuales de CO₂ de todo el transporte. China es responsable de cerca del 50%, y Alemania de cerca del 1,5% de las emisiones de la producción de cemento.

La calcinación de la cal, perjudicial para el medio ambiente, se evita moliendo la cal cruda con silicato de sodio

Químicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) han desarrollado un método que podría reducir drásticamente las emisiones de CO₂ de la producción de cemento a largo plazo. En este proceso, la cal cruda (CaCO₃) ya no se convierte en cal quemada en hornos de carbón, sino que simplemente se muele con silicato de sodio sólido (Na₂SiO₃). Este paso de molienda produce un intermedio "activado" que contiene los componentes del cemento en una distribución uniforme. Al reaccionar con una solución de hidróxido de sodio, se forma un producto estructuralmente similar a los hidratos de silicato de calcio. La formación de la pasta de cemento y el fraguado con agua proceden de una compleja cascada de reacciones, cuyas etapas elementales se han dilucidado analíticamente con métodos de alta tecnología.

Mientras que la calcinación de la cal requiere temperaturas de entre 1.000 y 1.500 grados Celsius, la etapa de molienda se realiza a temperatura ambiente. Con 120 kilovatios hora por tonelada, el aporte de energía mecánica para la molienda del cemento convencional es sólo un 10% de la energía utilizada para el proceso de calcinación. Sin embargo, esto sólo equivale a la energía ahorrada -y a las emisiones de CO₂ asociadas- por la quema de combustibles fósiles en la producción de cemento. Y lo que es más importante, prescindir de la calcinación de la cal podría evitar idealmente emisiones de CO₂ del orden de las gigatoneladas. Dado que la molienda es un proceso estándar en la industria del cemento, sería concebible implementar el proceso desde el laboratorio hasta la escala industrial.

Proceso potencialmente adecuado para la producción a gran escala

Los químicos de Maguncia subrayan que las estimaciones de costes y energía son sólo aproximaciones y que las pruebas de laboratorio no pueden compararse con un proceso industrial, en el que hay que tener en cuenta el desarrollo, el diseño, la viabilidad, el mantenimiento y varios otros parámetros. Para ello es necesario un gran trabajo de desarrollo. "Esto puede ser un primer paso para una forma no convencional de producción de cemento, pero aún no es una solución totalmente desarrollada", subrayó el coautor Marcel Maslyk.

El profesor Wolfgang Tremel y la doctora Ute Kolb, de la Universidad de Maguncia, comparten esta opinión: "El proceso es potencialmente adecuado para producir cemento en procesos a gran escala", señalaron los dos jefes de grupo del Departamento de Química de la JGU. "Sin embargo, llevarlo a cabo a escala técnica llevaría muchos años y, por tanto, no supondría un remedio a corto o medio plazo para las emisiones de CO₂".

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.

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