La producción de cemento, el ingrediente aglutinante del hormigón, representó el 7% de las emisiones globales de carbono en 2018.
Los investigadores estudian formas de reinventar el hormigón para reducir sus efectos en el cambio climático.
Los científicos han desarrollado un hormigón flexible que retiene CO2.
Uno de los grandes factores que contribuyen al cambio climático se encuentra justo bajo sus pies, y transformarlo podría ser una solución eficaz para evitar que los gases de efecto invernadero lleguen a la atmósfera.
La producción de cemento, el elemento aglutinante del hormigón, representó el 7% de las emisiones totales globales de dióxido de carbono en 2018. El hormigón es uno de los recursos más utilizados en la Tierra, con una producción estimada de 26 000 millones de toneladas producidas anualmente en todo el mundo. Se prevé que esta producción no se reduzca durante al menos dos décadas más.
Dada la magnitud de la industria y sus emisiones de gases de efecto invernadero, las tecnologías capaces de reinventar el hormigón podrían tener un impacto profundo en el cambio climático.
Como ingenieros que trabajan en temas relacionados con la infraestructura y la construcción, hemos diseñado la próxima generación de tecnología de hormigón que puede reducir la huella de carbono de la infraestructura y aumentar la durabilidad. Esto incluye hormigón infundido con CO2 que retiene el gas de efecto invernadero y puede ser más resistente e incluso flexible.
El sector está preparado para un cambio drástico, en particular con la promesa de la administración Biden de invertir fuertemente en proyectos de infraestructura y reducir las emisiones de EE. UU. al mismo tiempo. Sin embargo, para utilizar el CO2 en el hormigón a gran escala de manera que reduzca drásticamente las emisiones, deben tenerse en cuenta todas las emisiones relacionadas.
Repensar el hormigón
El hormigón está compuesto por materiales de agregado —principalmente rocas y arena— junto con cemento y agua.
Dado que alrededor del 80% de la huella de carbono del hormigón proviene del cemento, los investigadores han trabajado en la búsqueda de materiales sustitutivos.
Subproductos industriales como la escoria de hierro y la ceniza volante de carbón se utilizan actualmente con frecuencia para reducir la cantidad de cemento necesaria. El hormigón resultante puede tener emisiones considerablemente menores gracias a ese cambio. Los aglutinantes alternativos, como la arcilla calcinada y caliza, también pueden reducir el uso de cemento. Un estudio halló que el uso de caliza y arcilla calcinada podría reducir las emisiones en al menos un 20% y, además, reducir los costos de producción.
Además de desarrollar cementos mezclados, los investigadores y las empresas se centran en formas de utilizar el CO2 capturado como ingrediente en el propio hormigón, reteniéndolo y evitando que llegue a la atmósfera. El CO2 puede añadirse en forma de agregados o inyectarse durante el mezclado. El curado por carbonatación, también conocido como curado con CO2, puede aplicarse asimismo después de colar el hormigón.
Estos procesos convierten el CO2 de gas en mineral, generando carbonatos sólidos que también pueden mejorar la resistencia del hormigón. Esto significa que las estructuras podrían requerir menos cemento, lo que reduce la cantidad de emisiones relacionadas. Empresas como CarbonCure y Solidia han desarrollado tecnologías para aplicar estos procesos al hormigón vertido en obras de construcción y al hormigón prefabricado, como bloques de cenizas y otros materiales de construcción.
En la Universidad de Míchigan, estamos trabajando en compuestos que producen un material de hormigón flexible que permite estructuras más delgadas y menos frágiles, que requieren menos refuerzo de acero, reduciendo aún más las emisiones de carbono relacionadas. El material puede diseñarse para maximizar la cantidad de CO2 que puede almacenar mediante partículas más pequeñas que reaccionan fácilmente con el CO2, convirtiéndolo en mineral.
El hormigón flexible a base de CO2 puede utilizarse en edificios generales, infraestructuras hídricas y energéticas, así como en infraestructuras de transporte. El hormigón flexible se utilizó en la torre Kitahama de 61 plantas en Osaka (Japón) y en las losas de puentes de carretera en Ypsilanti, Míchigan.
El reto de las emisiones del ciclo de vida
Estas tecnologías de vanguardia pueden empezar 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 analizamos las emisiones del ciclo de vida derivadas de la infusión de CO2 en el hormigón y comprobamos que las estimaciones no siempre tenían en cuenta las emisiones de la captura, el transporte y el uso del CO2. Junto con colegas, elaboramos estrategias para garantizar que el curado con carbono tenga un claro beneficio en términos de emisiones.
En general, recomendamos desarrollar un protocolo estándar de curado con CO2. Los experimentos de laboratorio demuestran que el curado con CO2 puede mejorar la resistencia y la durabilidad del hormigón, pero los resultados varían según los procedimientos de curado específicos y las mezclas de hormigón. La investigación puede mejorar las condiciones y el momento de los pasos del proceso de curado para aumentar el rendimiento del hormigón. El consumo de electricidad —la mayor fuente de emisiones durante el curado— también puede reducirse simplificando el proceso y, posiblemente, utilizando el calor residual.
Las mezclas de hormigón avanzadas, en particular el hormigón flexible, ya empiezan a abordar estos problemas al aumentar la durabilidad.
Integrar la infraestructura y la política climática
En 2020, una amplia variedad de empresas anunciaron medidas para reducir sus emisiones. Sin embargo, todavía se necesitan políticas de inversión y contratación pública por parte de los gobiernos para transformar el sector de la construcción.
Los gobiernos locales están dando los primeros pasos. Las normas sobre «hormigón de bajo carbono incorporado» y los proyectos para reducir la cantidad de cemento en el hormigón han surgido en todo el país, incluidos en el condado de Marin (California); Hastings-on-Hudson (Nueva York); y un proyecto piloto de aceras en Portland (Oregón).
En Nueva York y Nueva Jersey, los legisladores han propuesto políticas a nivel estatal que concederían descuentos de precio en el proceso de licitación a las propuestas con menores emisiones del hormigón. Estas políticas podrían servir de modelo para reducir las emisiones de carbono de la producción de hormigón y de otros materiales de construcción.
A nivel nacional, el deterioro de la infraestructura gestionada a nivel federal es una crisis en constante crecimiento. La administración Biden podría empezar a abordar esos problemas, así como el cambio climático, y crear empleo mediante un programa estratégico de infraestructuras.
El secretario de Transporte, Pete Buttigieg, declaró recientemente que existen «enormes oportunidades para la creación de empleo, la equidad y los logros climáticos en materia de avance de la infraestructura de Estados Unidos.» Las políticas que conviertan el hormigón de bajas emisiones en una solución climática a escala nacional podrían ser el siguiente paso.
