El cemento es resistente, barato y fácil de fabricar, lo que lo convierte en un material básico de la construcción moderna.
Sin embargo, su producción tiene un coste medioambiental: actualmente, el cemento representa alrededor del 8 % de las emisiones mundiales de dióxido de carbono.
Aquí, el MIT explica cómo sus investigadores podrían haber encontrado una forma de limitar estas emisiones añadiendo nuevos materiales a la mezcla, principalmente bicarbonato de sodio.
En pruebas de laboratorio, esto permitió mineralizar el 15 % del dióxido de carbono antes de que fraguara el hormigón, según el MIT.
Pese a las numerosas ventajas del hormigón como material de construcción moderno, entre ellas su resistencia, bajo coste y facilidad de fabricación, su producción representa actualmente alrededor del 8 % de las emisiones mundiales de dióxido de carbono.
Descubrimientos recientes de un equipo del MIT han revelado que introducir nuevos materiales en los procesos actuales de fabricación del hormigón podría reducir considerablemente esta huella de carbono, sin alterar sus propiedades mecánicas generales.
Los hallazgos se publican hoy en la revista PNAS Nexus, en un artículode los profesores de ingeniería civil y ambiental del MIT Admir Masic y Franz-Josef Ulm, el investigador posdoctoral del MIT Damian Stefaniuk y el estudiante de doctorado Marcin Hajduczek, junto con James Weaver, del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard.
Después del agua, el hormigón es el segundo material más consumido del mundo y constituye 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 por la energía necesaria para alimentar estas reacciones.
Aproximadamente la mitad de las emisiones asociadas a la producción de hormigón procede 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 acaba convirtiéndose en el conocido polvo gris llamado cemento Portland ordinario (OPC, por sus siglas en inglés). Aunque la energía necesaria para este proceso de calentamiento podría sustituirse algún día por electricidad generada a partir de fuentes renovables, como la solar o la eólica, la otra mitad de las emisiones es inherente al propio material: cuando la mezcla mineral se calienta a temperaturas superiores a 1.400 grados Celsius (2.552 grados Fahrenheit), experimenta una transformación química que convierte el carbonato de calcio y la arcilla en una mezcla de clínker (compuesto principalmente por silicatos de calcio) y dióxido de carbono; este último se libera a la atmósfera.
Al mezclar el OPC con agua, arena y grava durante la producción del hormigón, este se vuelve muy alcalino, lo que crea un entorno aparentemente ideal para secuestrar y almacenar dióxido de carbono a largo plazo en forma de materiales carbonatados (un proceso conocido como carbonatación). Pese a esta capacidad potencial del hormigón para absorber dióxido de carbono de la atmósfera de forma natural, cuando estas reacciones se producen en condiciones normales, principalmente dentro del hormigón ya curado, pueden debilitar el material y reducir su alcalinidad interna, lo que acelera la corrosión de las barras de refuerzo. Estos procesos acaban destruyendo la capacidad del edificio para soportar cargas y afectan negativamente a su comportamiento mecánico a largo plazo. Por ello, desde hace tiempo se consideran indeseables estas lentas reacciones de carbonatación en etapas tardías, que pueden producirse a lo largo de décadas, pues aceleran el deterioro del hormigón.
«El problema de estas reacciones de carbonatación posteriores al curado», afirma Masic, «es que alteran la estructura y la química de la matriz cementante, que es muy eficaz para prevenir la corrosión del acero, lo que provoca su degradación».
En cambio, 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 una vez curado.
La clave del nuevo proceso es añadir un ingrediente sencillo y económico: bicarbonato de sodio, también conocido como bicarbonato para hornear. En pruebas de laboratorio en las que se sustituyó parte de los ingredientes por bicarbonato de sodio, el equipo demostró que se podría mineralizar hasta el 15 % de la cantidad total de dióxido de carbono asociada a la producción de cemento durante estas etapas iniciales, una proporción suficiente para reducir potencialmente de forma considerable la huella de carbono mundial del material.
«Todo esto es muy emocionante», afirma Masic, «porque nuestra investigación impulsa el concepto del hormigón multifuncional al incorporar las ventajas adicionales de la mineralización del dióxido de carbono durante la producción y el vertido».
Además, el hormigón resultante fragua mucho más rápido gracias a la formación de una fase compuesta que no se había descrito antes, sin que esto afecte a su comportamiento mecánico. Así, este proceso permite aumentar la productividad del sector de la construcción: los encofrados pueden retirarse antes, lo que reduce el tiempo necesario para terminar un puente o un edificio.
El compuesto, una mezcla de carbonato de calcio e hidrato de silicato de calcio, «es un material completamente nuevo», afirma Masic. «Además, su formación nos permite duplicar el comportamiento mecánico del hormigón en su etapa inicial». Sin embargo, añade que esta investigación sigue en curso. «Aunque todavía no está claro cómo afectará la formación de estas nuevas fases al comportamiento del hormigón a largo plazo, estos descubrimientos apuntan a un futuro prometedor para el desarrollo de materiales de construcción neutros en carbono».
La idea de la carbonatación del hormigón en sus primeras etapas no es nueva, y varias empresas ya están explorando este enfoque para facilitar la absorción de dióxido de carbono después de moldear el hormigón con la forma deseada. Sin embargo, los descubrimientos actuales del equipo del MIT destacan que se ha subestimado y aprovechado muy poco la capacidad del hormigón para secuestrar dióxido de carbono antes del curado.
«Nuestro nuevo descubrimiento también podría combinarse con otras innovaciones recientes en el desarrollo de aditivos para hormigón con una menor huella de carbono, a fin de ofrecer materiales de construcción mucho más ecológicos e incluso con emisiones de carbono negativas para el entorno construido, y convertir el hormigón de un problema en parte de la solución», afirma Masic.
La investigación recibió el apoyo del Centro de Sostenibilidad del Hormigón del MIT, patrocinado por la Portland Cement Association y la Concrete Research and Education Foundation.
