Calentamiento Global

Diminutas algas podrían ayudar a arreglar el pequeño y sucio secreto climático del concreto: 4 formas innovadoras de limpiar esta industria notoriamente difícil de descarbonizar

Los seres humanos producen más hormigón que cualquier otro material en el planeta. Es la base literal de la civilización moderna, y por una buena razón.

El hormigón es resistente, duradero, asequible y está disponible para casi todas las comunidades del planeta. Sin embargo, la industria global del concreto tiene un pequeño y sucio secreto: ella sola es responsable de más del 8% de las emisiones globales de dióxido de carbono, más de tres veces las emisiones asociadas con la aviación. Esas emisiones se duplicaron en las últimas dos décadas a medida que crecían las ciudades asiáticas y la demanda continúa expandiéndose a un ritmo sin precedentes.

También es una de las industrias más difíciles de descarbonizar, en parte porque los fabricantes suelen ser hiperlocales y operan con márgenes reducidos, lo que deja poco para invertir en tecnologías que podrían reducir las emisiones.

Sin embargo, difícil no significa necesariamente imposible.

Arquitectos, ingenieros, científicos y fabricantes de cemento y concreto de todo el mundo están investigando y probando varias estrategias y tecnologías nuevas que pueden reducir significativamente la huella de carbono del cemento y el concreto. Estos son algunos de ellos, incluido uno en el que está trabajando mi equipo de la Universidad de Colorado: descubrir formas de usar microalgas totalmente naturales para resolver el mayor problema de emisiones del concreto: el cemento.

No tiene que ser 100% cemento

El principal culpable del impacto climático del hormigón es la producción de cemento portland, el polvo utilizado para fabricar hormigón.

El cemento se fabrica calentando piedra caliza rica en carbonato de calcio a más de 2640 grados Fahrenheit (1450 Celsius). El carbonato de calcio se descompone en óxido de calcio, o cal viva, y dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero que calienta el clima. Esta reacción química, lo que la Asociación de Cemento Portland llama un «hecho químico de la vida», es responsable de aproximadamente el 60% de las emisiones relacionadas con el cemento. El resto proviene de la energía para calentar el horno.

Una de las estrategias a corto plazo más prometedoras para reducir la huella de carbono del hormigón utiliza materiales como cenizas volantes de plantas de carbón, escoria de la producción de hierro y arcilla calcinada para reemplazar parte del cemento portland en las mezclas de hormigón. Estos se conocen como materiales cementicios suplementarios.

El uso de un 20 % a un 50 % de cenizas volantes, escoria o arcilla calcinada puede reducir el carbono incorporado de las mezclas de concreto en aproximadamente los mismos porcentajes.

Otro método utiliza pequeñas cantidades de piedra caliza molida para reemplazar parte del cemento y se está convirtiendo en una buena práctica. Después de pruebas rigurosas, el Departamento de Transporte de California anunció recientemente que permitiría mezclas de cemento portland y piedra caliza, conocidas como PLC, en sus proyectos. Con 5% a 15% de piedra caliza molida reemplazando cemento, PLC puede reducir las emisiones en aproximadamente la misma cantidad. La decisión de California llevó rápidamente a otros estados a aprobar el uso de PLC.

Muchos investigadores abogan ahora por la adopción del cemento de arcilla calcinada con piedra caliza, que contiene aproximadamente un 55 % de cemento portland, un 15 % de piedra caliza molida y un 30 % de arcilla calcinada. Podría reducir las emisiones en más de un 45%.

Qué pueden hacer la electrificación y la captura de carbono

Las plantas de cemento también han comenzado a probar tecnologías de captura de carbono y hornos eléctricos para reducir las emisiones. Pero la captura de carbono es costosa, y escalar la tecnología para satisfacer la demanda de la industria del cemento y el concreto no es tarea fácil.

La electrificación de hornos enfrenta las mismas barreras. Se requieren nuevas tecnologías y grandes inversiones de capital para electrificar uno de los procesos más intensivos en energía del mundo. Sin embargo, la promesa de cero emisiones relacionadas con la combustión es lo suficientemente tentadora para algunos empresarios y empresas cementeras, incluidos aquellos interesados ​​en utilizar 100 % energía solar para la producción de cemento, que están compitiendo para encontrar soluciones que sean tecnológica y económicamente viables a escala.

La Ley de Reducción de la Inflación, que el Congreso aprobó en agosto de 2022, podría ayudar a dar un uso más amplio a algunas de estas tecnologías. Incluye financiamiento para modernizar equipos y agregar capacidades de captura de carbono, así como incentivos de crédito fiscal para que los fabricantes reduzcan sus emisiones.

Ir sin cemento, posiblemente con algas

Otra estrategia es producir materiales funcionalmente equivalentes que no contengan cemento portland en absoluto.

Los materiales como la escoria activada con álcali o el hormigón de cemento con cenizas volantes se producen combinando escoria, cenizas volantes o ambas con una base muy fuerte. Se ha demostrado que estos materiales reducen las emisiones de carbono en un 90 % o más, y pueden cumplir con los criterios de escala y costo, pero aún enfrentan desafíos técnicos y regulatorios.

Algunos ejemplos de productos de hormigón sin cemento portland con bajas emisiones de carbono que han ganado terreno en el mercado incluyen componentes modulares a base de wollastonita, bloques de tierra comprimida y productos de biocemento prefabricados, incluidos los producidos con microalgas fotosintéticas y biomineralizantes.

Las algas también se han utilizado como biocombustible alternativo para calentar hornos de cemento, y los sistemas de cultivo de algas también se han relacionado con la producción de cemento para capturar carbono.

El autor Wil Surubar describe el trabajo de su equipo con algas para hacer concreto.

Mi equipo de la Universidad de Colorado Boulder y yo estamos investigando el uso de piedra caliza derivada de algas para la producción de cemento portland, lo que podría ayudar a eliminar el 60 % de las emisiones asociadas con la fabricación de cemento. Esta tecnología es atractiva porque es plug-and-play con la producción de cemento convencional.

Uso de hormigón para bloquear el CO2 capturado

Los ingenieros también están experimentando con la inyección de dióxido de carbono capturado en el hormigón, así como con el uso de agregados hechos de dióxido de carbono en lugar de grava o arena que se mezcla con el hormigón.

Es un concepto emocionante, pero hasta ahora la inyección ha producido reducciones limitadas de dióxido de carbono, y la producción de agregados de almacenamiento de dióxido de carbono aún tiene que aumentar.

Un problema creciente

En última instancia, el tiempo dirá si estas y otras tecnologías cumplirán su promesa.

Lo que sí es seguro es que ha habido un reconocimiento mundial dentro de la industria del cemento y el concreto de que tiene un problema que resolver y ninguna solución milagrosa. Puede ser necesario un conjunto de soluciones adaptadas a los mercados locales y globales para abordar los desafíos inmediatos y a largo plazo de mantenerse al día con una población en constante crecimiento y un clima que cambia rápidamente.

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