La producción de hormigón representa el 8% de las emisiones globales de CO2 . La mitad proviene de la energía fósil utilizada para fabric...
La producción de hormigón representa el 8% de las emisiones globales de CO2. La mitad proviene de la energía fósil utilizada para fabricarlo (que, con suerte, puede convertirse en energía limpia), y la otra mitad proviene del CO2 que se escapa durante la transformación química.
16 abril 2023.- Los nuevos aditivos podrían convertir el hormigón en un sumidero de carbono eficaz . Los ingenieros del MIT descubren nuevas vías de carbonatación para crear hormigón más ecológico.
8% del CO2 mundial
A pesar de las muchas ventajas del hormigón como material de construcción moderno, incluida su alta resistencia, bajo costo y facilidad de fabricación, su producción actualmente representa aproximadamente el 8 por ciento de las emisiones globales de dióxido de carbono.
Recientes descubrimientos realizados por un equipo del MIT han revelado que la introducción de nuevos materiales en los procesos de fabricación de hormigón existentes podría reducir significativamente esta huella de carbono, sin alterar las propiedades mecánicas a granel del hormigón .
Los hallazgos se publicaron en marzo en la revista PNAS Nexus, en un artículo de los profesores de ingeniería civil y ambiental del MIT Admir Masic y Franz-Josef Ulm, el posdoctorado del MIT Damian Stefaniuk y el estudiante de doctorado Marcin Hajduczek, y James Weaver del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard.
Después del agua, el hormigón es el segundo material más consumido del mundo y representa la piedra angular de la infraestructura moderna. Sin embargo, durante su fabricación se liberan grandes cantidades de dióxido de carbono, tanto como subproducto químico de la producción de cemento como en la energía necesaria para impulsar estas reacciones.
Aproximadamente la mitad de las emisiones asociadas con la producción de hormigón provienen de la quema de combustibles fósiles como el petróleo y el gas natural, que se utilizan para calentar una mezcla de piedra caliza y arcilla que finalmente se convierte en el familiar polvo gris conocido como cemento Portland ordinario (OPC, en inglés). .
El CO2 se escapa durante la transformación química
Si bien la energía requerida para este proceso de calentamiento podría eventualmente ser sustituida con electricidad generada a partir de fuentes renovables de energía solar o eólica, la otra mitad de las emisiones es inherente al material mismo: a medida que la mezcla mineral se calienta a temperaturas superiores a los 1400 grados Celsius, sufre una transformación química de carbonato de calcio y arcilla a una mezcla de clinker (que consiste principalmente en silicatos de calcio) y dióxido de carbono, y este último se escapa al aire .
El problema con la carbonatación “poscurada”
Cuando el OPC se mezcla con agua, arena y material de grava durante la producción de hormigón, se vuelve altamente alcalino, creando un ambiente aparentemente ideal para el secuestro y almacenamiento a largo plazo de dióxido de carbono en forma de materiales de carbonato (un proceso conocido como como carbonatación).
A pesar de este potencial del hormigón para absorber de forma natural el dióxido de carbono de la atmósfera, cuando estas reacciones ocurren normalmente, principalmente dentro del hormigón curado, pueden debilitar el material y disminuir la alcalinidad interna, lo que acelera la corrosión de las barras de refuerzo.
Estos procesos finalmente destruyen la capacidad de carga del edificio y tienen un impacto negativo en su rendimiento mecánico a largo plazo. Como tales, estas reacciones lentas de carbonatación en la última etapa, que pueden ocurrir en escalas de tiempo de décadas, se han reconocido durante mucho tiempo como vías indeseables que aceleran el deterioro del hormigón.
"El problema con estas reacciones de carbonatación de poscurado", dice Masic, "es que alteran la estructura y la química de la matriz de cementación que es muy eficaz para prevenir la corrosión del acero, lo que conduce a la degradación".
Una representación esquemática de las reacciones de hidratación en etapas tempranas (precurado I-III y poscurado IV) para muestras con y sin sustitución de bicarbonato / Fuente : PNAS Nexus paper by Damian Stefaniuk, Marcin Hajduczek, James C Weaver, Franz J Ulm, Admir Masic / Creative Commons Licencia CC BY
Adición de bicarbonato de sodio: un nuevo método de secuestro de CO2
Por el contrario, las nuevas vías de secuestro de dióxido de carbono descubiertas por los autores se basan en la formación muy temprana de carbonatos durante la mezcla y el vertido del hormigón, antes de que fragüe el material, lo que podría eliminar en gran medida los efectos perjudiciales de la absorción de dióxido de carbono después del curado del material .
La clave del nuevo proceso es la adición de un ingrediente simple y económico: bicarbonato de sodio. En pruebas de laboratorio que utilizaron sustitución de bicarbonato de sodio, el equipo demostró que hasta el 15 por ciento de la cantidad total de dióxido de carbono asociado con la producción de cemento podría mineralizarse durante estas primeras etapas, lo suficiente como para hacer una mella significativa en la huella de carbono global del material.
"Todo esto es muy interesante", dice Masic, "porque nuestra investigación avanza en el concepto de un hormigón multifuncional al incorporar los beneficios adicionales de la mineralización de dióxido de carbono durante la producción y la fundición".
Beneficios adicionales…
Además, el hormigón resultante fragua mucho más rápidamente a través de la formación de una fase compuesta no descrita anteriormente, sin afectar su rendimiento mecánico. Este proceso permite así que la industria de la construcción sea más productiva: los encofrados se pueden quitar antes, lo que reduce el tiempo necesario para completar un puente o un edificio.
El compuesto, una mezcla de carbonato de calcio e hidrato de calcio y silicio, "es un material completamente nuevo", dice Masic. “Además, a través de su formación, podemos duplicar el desempeño mecánico del hormigón en la etapa inicial.”
…pruebas de necesidades de rendimiento a largo plazo
Sin embargo, agrega, esta investigación es todavía un esfuerzo continuo. “Si bien actualmente no está claro cómo la formación de estas nuevas fases afectará el desempeño a largo plazo del hormigón, estos nuevos descubrimientos sugieren un futuro optimista para el desarrollo de materiales de construcción neutrales en carbono”.
Si bien la idea de la carbonatación del hormigón en etapa temprana no es nueva, y hay varias compañías existentes que actualmente están explorando este enfoque para facilitar la absorción de dióxido de carbono después de que el hormigón se moldea en la forma deseada, los descubrimientos actuales del equipo del MIT resaltan el hecho de que la capacidad de precurado del hormigón para secuestrar dióxido de carbono ha sido subestimada y subutilizada en gran medida .
“Nuestro descubrimiento podría combinarse aún más con otras innovaciones recientes en el desarrollo de aditivos al hormigón con menor huella de carbono para proporcionar materiales de construcción mucho más ecológicos e incluso con emisiones de carbono negativas para el entorno construido, convirtiendo el hormigón de un problema a una parte de la solución”, dice Masic.
La investigación fue apoyada por el Concrete Sustainability Hub del MIT, que cuenta con el patrocinio de la Portland Cement Association y la Concrete Research and Education Foundation.
Fuente: David Chandler, Instituto del MIT. Noticias del MIT .
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