Los pavimentos son conocidos por calentar las ciudades al reemitir la radiación solar.
En algunas ciudades se ha comprobado que pueden elevar la temperatura del aire hasta 7 grados Fahrenheit, lo que contribuye a riesgos para la salud y el medio ambiente.
Investigadores del MIT han encontrado una forma de reducir esta amenaza mediante la creación de «pavimentos fríos» que reflejan más radiación solar y emiten menos calor que las superficies de pavimentación convencionales.
Los pavimentos son una superficie urbana abundante, que cubre alrededor del 40 por ciento de las ciudades estadounidenses. Pero, además de soportar el tráfico, también pueden emitir calor.
Debido a lo que se denomina efecto isla de calor urbana, las superficies densamente construidas e impermeables, como los pavimentos, pueden absorber la radiación solar y calentar su entorno al reemitir esa radiación en forma de calor. Este fenómeno supone una grave amenaza para las ciudades. Esto aumenta las temperaturas del aire hasta en 7 grados Fahrenheit y contribuye a riesgos para la salud y el medio ambiente, riesgos que el cambio climático intensificará.
En respuesta, investigadores del Concrete Sustainability Hub del MIT (MIT CSHub) estudian cómo una superficie que normalmente intensifica las islas de calor urbanas puede, en cambio, reducir su intensidad. Su investigación se centra en los «pavimentos fríos», que reflejan más radiación solar y emiten menos calor que las superficies de pavimentación convencionales.
Un reciente estudio de un equipo de investigadores actuales y anteriores del MIT CSHub, publicado en la revista Environmental Science and Technology describe los pavimentos fríos y su implementación. El estudio concluyó que podían reducir la temperatura del aire en Boston y Phoenix hasta 1.7 grados Celsius (3 F) y 2.1 C (3.7 F), respectivamente. También reducirían las emisiones de gases de efecto invernadero, con una disminución de las emisiones totales de hasta un 3 por ciento en Boston y un 6 por ciento en Phoenix. Sin embargo, para lograr estos ahorros es necesario seleccionar las estrategias de pavimentos fríos según el clima, el tráfico y las configuraciones de los edificios de cada barrio.
Ciudades como Los Ángeles y Phoenix ya han realizado experimentos de considerable envergadura con pavimentos fríos, pero la tecnología todavía no se implementa de forma generalizada. El equipo del CSHub espera que su investigación pueda orientar futuros proyectos de pavimentos fríos que ayuden a las ciudades a afrontar un clima cambiante.
Rascando la superficie
Es bien sabido que las superficies más oscuras se calientan más con la luz solar que las más claras. Los científicos del clima utilizan una métrica llamada «albedo» para describir este fenómeno.
“El albedo es una medida de la reflectividad de una superficie”, explica Hessam AzariJafari, autor principal del artículo y becario posdoctoral en el MIT CSHub. “Las superficies con bajo albedo absorben más luz y tienden a ser más oscuras, mientras que las superficies de alto albedo son más brillantes y reflejan más luz.”
El albedo es fundamental en los pavimentos fríos. Las superficies de pavimentación típicas, como el asfalto convencional, tienen un albedo bajo, absorben más radiación y emiten más calor. Los pavimentos fríos, en cambio, están hechos de materiales más claros que reflejan más de tres veces la radiación y, en consecuencia, reemiten mucho menos calor.
“Podemos construir pavimentos fríos de muchas maneras diferentes”, afirma Randolph Kirchain, investigador del Materials Science Laboratory y codirector del Concrete Sustainability Hub. “Los materiales más claros, como el hormigón y los áridos de colores más claros, ofrecen un albedo más alto, mientras que los pavimentos de asfalto existentes pueden volverse «fríos» mediante recubrimientos reflectantes.”
Los investigadores del CSHub consideraron estas distintas opciones en un estudio sobre Boston y Phoenix. Su análisis examinó los distintos resultados cuando el hormigón, el asfalto reflectante y el hormigón reflectante sustituyen a los pavimentos de asfalto convencionales, que representan más del 95 por ciento de los pavimentos del mundo.
Conciencia de la situación
Para comprender de forma integral los beneficios ambientales de los pavimentos fríos en Boston y Phoenix, los investigadores tuvieron que ir más allá de los materiales de pavimentación. Esto se debe a que, además de reducir la temperatura del aire, los pavimentos fríos ejercen impactos directos e indirectos sobre el cambio climático.
“El único impacto directo es el forzamiento radiativo”, señala AzariJafari. “Al reflejar la radiación de vuelta a la atmósfera, los pavimentos fríos ejercen un forzamiento radiativo, lo que significa que modifican el balance energético de la Tierra al enviar más energía fuera de la atmósfera, de forma similar a los casquetes polares.”
Los pavimentos fríos también ejercen impactos indirectos y complejos sobre el cambio climático, al alterar el consumo de energía de los edificios adyacentes.
“Por un lado, al reducir las temperaturas, los pavimentos fríos pueden disminuir parte de la necesidad de aire acondicionado (AC) en verano, aunque aumentan la demanda de calefacción en invierno”, afirma AzariJafari. “Por el contrario, al reflejar la luz —denominada radiación incidente— hacia los edificios cercanos, los pavimentos fríos pueden calentar las estructuras, lo que puede incrementar el uso del AC en verano y reducir la demanda de calefacción en invierno.”
Además, los efectos del albedo son solo una parte de los impactos totales del ciclo de vida de un pavimento frío. De hecho, los impactos de la construcción y la extracción de materiales (denominados conjuntamente impactos incorporados) y el uso del pavimento dominan el ciclo de vida. El principal impacto de la fase de uso de un pavimento, aparte de los efectos del albedo, es el consumo excesivo de combustible: los pavimentos con superficies lisas y estructuras rígidas provocan menos consumo excesivo de combustible en los vehículos que circulan sobre ellos.
Evaluar los impactos de los pavimentos fríos sobre el cambio climático es, por tanto, un proceso complejo que implica muchas compensaciones. En su estudio, los investigadores buscaron analizarlas y medirlas.
Una reflexión completa
Para determinar la implementación ideal de los pavimentos fríos en Boston y Phoenix, los investigadores estudiaron los impactos del ciclo de vida al pasar de los pavimentos de asfalto convencionales a tres opciones de pavimentos fríos: asfalto reflectante, hormigón y hormigón reflectante.
Para ello, utilizaron simulaciones físicas acopladas para modelizar edificios en miles de barrios hipotéticos. Con estos datos, entrenaron después un modelo de red neuronal para predecir los impactos a partir de las características de los edificios y los barrios. Con esta herramienta en funcionamiento, fue posible estimar el impacto de los pavimentos fríos para cada una de las miles de calles y los cientos de miles de edificios de Boston y Phoenix.
Además de los efectos del albedo, también analizaron los impactos incorporados de todos los tipos de pavimento y el efecto del tipo de pavimento en el consumo excesivo de combustible de los vehículos, debido a las cualidades de la superficie, la rigidez y la tasa de deterioro.
Tras evaluar los impactos del ciclo de vida de cada tipo de pavimento frío, los investigadores calcularon qué material (asfalto convencional, asfalto reflectante, hormigón y hormigón reflectante) beneficiaba más a cada barrio. Descubrieron que, si bien los pavimentos fríos resultaban ventajosos en Boston y Phoenix en conjunto, los materiales ideales variaban mucho dentro de cada ciudad y entre ambas.
“Un beneficio universal, independientemente del tipo de barrio y del material de pavimentación, fue el impacto del forzamiento radiativo”, señala AzariJafari. “Esto fue especialmente evidente en zonas con edificios más bajos y menos densos, donde el efecto fue más pronunciado.”
A diferencia del forzamiento radiativo, sin embargo, los cambios en la demanda energética de los edificios variaron según la ubicación. En Boston, los pavimentos fríos redujeron la demanda energética tan a menudo como la aumentaron en todos los barrios. En Phoenix, los pavimentos fríos tuvieron un impacto negativo en la demanda energética en la mayoría de las áreas censales debido a la radiación incidente. No obstante, al tener en cuenta el forzamiento radiativo, los pavimentos fríos produjeron en última instancia un beneficio neto.
Solo después de considerar las emisiones incorporadas y los impactos en el consumo de combustible surgió el tipo de pavimento ideal para cada barrio. Tras tener en cuenta la incertidumbre a lo largo del ciclo de vida, los investigadores comprobaron que los pavimentos de hormigón reflectante ofrecían los mejores resultados, siendo óptimos en el 53 por ciento y el 73 por ciento de los barrios de Boston y Phoenix, respectivamente.
Una vez más, se identificaron incertidumbres y variaciones. En Boston, sustituir los pavimentos de asfalto convencionales por una opción fría siempre resultó preferible, mientras que en Phoenix los pavimentos de hormigón, reflectantes o no, obtuvieron mejores resultados debido a su rigidez a altas temperaturas, que minimizaba el consumo de combustible de los vehículos. Y, a pesar del predominio del hormigón en Phoenix, en el 17 por ciento de sus barrios todas las opciones de pavimento reflectante resultaron más o menos igual de eficaces, mientras que en el 1 por ciento de los casos los pavimentos convencionales fueron en realidad superiores.
“Aunque los impactos sobre el cambio climático que estudiamos han resultado numerosos y, con frecuencia, contrapuestos entre sí, nuestras conclusiones son inequívocas: los pavimentos fríos podrían ofrecer enormes beneficios para la mitigación del cambio climático en ambas ciudades”, afirma Kirchain.
Las mejoras en la temperatura del aire serían notables: el equipo comprobó que los pavimentos fríos reducirían las temperaturas máximas del aire en verano en Boston en 1.7 C (3 F) y en Phoenix en 2.1 C (3.7 F). Las reducciones de las emisiones de dióxido de carbono también serían considerables. Boston reduciría sus emisiones de dióxido de carbono hasta un 3 por ciento a lo largo de 50 años, mientras que las reducciones en Phoenix alcanzarían el 6 por ciento en el mismo periodo.
Este análisis es uno de los estudios más exhaustivos realizados hasta la fecha sobre los pavimentos fríos, aunque aún queda más por investigar. Al igual que con los pavimentos, también es posible ajustar el albedo de los edificios, lo que podría dar lugar a cambios en la demanda energética de los edificios. La descarbonización intensiva de la red eléctrica y la introducción de mezclas de hormigón bajas en carbono también podrían alterar las emisiones generadas por los pavimentos fríos.
El equipo del CSHub aún tiene mucho camino por recorrer. Pero, al estudiar los pavimentos fríos, ha puesto en valor una brillante solución frente al cambio climático y ha abierto vías para futuras investigaciones y mitigación.
El Concrete Sustainability Hub del MIT es un equipo de investigadores de varios departamentos del MIT que trabajan en ciencia, ingeniería y economía del hormigón y de las infraestructuras. Su investigación cuenta con el respaldo de la Portland Cement Association y de la Ready Mixed Concrete Research and Education Foundation.
