El concreto maleable y otras mezclas de cemento infundidas con CO2 podrían reducir drásticamente las emisiones globales

Uno de los grandes contribuyentes al cambio climático está justo debajo de tus pies, y transformarlo podría ser una solución poderosa para mantener los gases de efecto invernadero fuera de la atmósfera.

La producción de cemento, el elemento aglutinante del hormigón, representó el 7 % de las emisiones globales totales de dióxido de carbono en 2018. El hormigón es uno de los recursos más utilizados en la Tierra, con una producción anual estimada de 26 000 millones de toneladas en todo el mundo. No se espera que esa producción disminuya durante al menos dos décadas más.

Dada la escala de la industria y sus emisiones de gases de efecto invernadero, las tecnologías que pueden reinventar el concreto podrían tener un profundo impacto en el cambio climático.

Como ingenieros que trabajan en temas relacionados con la infraestructura y la construcción, hemos estado diseñando la próxima generación de tecnología de concreto que puede reducir la huella de carbono de la infraestructura y aumentar la durabilidad. Eso incluye concreto infundido con CO2 que bloquea el gas de efecto invernadero y puede ser más fuerte e incluso flexible.

La industria está lista para un cambio dramático, particularmente con la promesa de la administración Biden de invertir mucho en proyectos de infraestructura y reducir las emisiones de los EE. UU. al mismo tiempo. Sin embargo, para poner a trabajar el CO2 en el hormigón a gran escala de forma que se reduzcan drásticamente las emisiones, se deben tener en cuenta todas las emisiones relacionadas.

Repensar el hormigón

El hormigón se compone de materiales agregados, principalmente rocas y arena, junto con cemento y agua.

Debido a que alrededor del 80 % de la huella de carbono del concreto proviene del cemento, los investigadores han estado trabajando para encontrar materiales sustitutos.

Los subproductos industriales, como la escoria de hierro y las cenizas volantes de carbón, ahora se utilizan con frecuencia para reducir la cantidad de cemento necesaria. El concreto resultante puede tener emisiones significativamente más bajas debido a ese cambio. Los aglutinantes alternativos, como la arcilla calcinada con piedra caliza, también pueden reducir el uso de cemento. Un estudio encontró que el uso de piedra caliza y arcilla calcinada podría reducir las emisiones en al menos un 20 % y, al mismo tiempo, reducir los costos de producción.

Además de desarrollar cementos combinados, los investigadores y las empresas se están centrando en formas de utilizar el CO2 capturado como ingrediente en el propio hormigón, encerrándolo y evitando que entre en la atmósfera. El CO2 puede agregarse en forma de agregados o inyectarse durante la mezcla. El curado por carbonatación, también conocido como curado por CO2, también se puede usar después de que se haya vaciado el concreto.

Estos procesos convierten el CO2 de un gas a un mineral, creando carbonatos sólidos que también pueden mejorar la resistencia del concreto. Eso significa que las estructuras pueden necesitar menos cemento, lo que reduce la cantidad de emisiones relacionadas. Empresas como CarbonCure y Solidia han desarrollado tecnologías para utilizar estos procesos para hormigón vertido en obras de construcción y en hormigón prefabricado, como bloques de cemento y otros materiales de construcción.

En la Universidad de Michigan, estamos trabajando en compuestos que producen un material de concreto flexible que permite estructuras más delgadas y menos quebradizas que requieren menos refuerzo de acero, lo que reduce aún más las emisiones de carbono relacionadas. El material se puede diseñar para maximizar la cantidad de CO2 que puede almacenar mediante el uso de partículas más pequeñas que reaccionan fácilmente con el CO2, convirtiéndolo en mineral.

El hormigón flexible a base de CO2 se puede utilizar para edificios generales, infraestructura de agua y energía, así como infraestructura de transporte. Se utilizó hormigón flexible en la torre Kitahama de 61 pisos en Osaka, Japón, y en las losas del puente de carretera en Ypsilanti, Michigan.

El desafío de las emisiones del ciclo de vida

Estas tecnologías de vanguardia pueden comenzar a abordar la huella de carbono de la infraestructura de hormigón, pero aún existen barreras.

En un estudio publicado el 8 de febrero, tres de nosotros observamos las emisiones del ciclo de vida de la infusión de CO2 en el concreto y descubrimos que las estimaciones no siempre tenían en cuenta las emisiones de la captura, el transporte y el uso de CO2. Con colegas, ideamos estrategias para garantizar que el curado con carbón tenga un fuerte beneficio en las emisiones.

En general, recomendamos desarrollar un protocolo estándar de curado con CO2. Los experimentos de laboratorio muestran que el curado con CO2 puede mejorar la resistencia y la durabilidad del concreto, pero los resultados varían con los procedimientos de curado específicos y las mezclas de concreto. La investigación puede mejorar las condiciones y el tiempo de los pasos en el proceso de curado para aumentar el desempeño del concreto. El uso de electricidad, la mayor fuente de emisiones durante el curado, también se puede reducir simplificando el proceso y posiblemente utilizando el calor residual.

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Las mezclas de concreto avanzadas, en particular el concreto flexible, ya comienzan a abordar estos problemas al aumentar la durabilidad.

Fusión de infraestructura y política climática

En 2020, una amplia gama de empresas anunció medidas para reducir sus emisiones. Sin embargo, todavía se necesitan políticas gubernamentales de inversión y adquisiciones para transformar la industria de la construcción.

Los gobiernos locales están dando los primeros pasos. Las reglas y proyectos de “concreto con bajo contenido de carbono incorporado” para reducir la cantidad de cemento en el concreto han surgido en todo el país, incluso en el condado de Marin, California; Hastings-on-Hudson, Nueva York; y un piloto de acera en Portland, Oregón.

En Nueva York y Nueva Jersey, los legisladores propusieron políticas a nivel estatal que brindarían descuentos en los precios en el proceso de licitación a las propuestas con las emisiones más bajas del concreto. Estas políticas podrían servir como modelo para reducir las emisiones de carbono de la producción de hormigón y otros materiales de construcción.

A nivel nacional, el desmoronamiento de la infraestructura administrada por el gobierno federal ha sido una crisis en constante crecimiento. La administración Biden podría comenzar a abordar esos problemas, así como el cambio climático, y crear empleos a través de un programa de infraestructura estratégica.

El secretario de Transporte, Pete Buttigieg, declaró recientemente que había “enormes oportunidades para la creación de empleo, la equidad y el logro climático cuando se trata de avanzar en la infraestructura de Estados Unidos”. Podrían seguir políticas que eleven el concreto bajo en carbono a una solución climática a nivel nacional.