El hormigón es el material que más se produce en el planeta, pero es responsable de más del 8 % de las emisiones mundiales de dióxido de carbono.
La industria del hormigón es una de las más difíciles de descarbonizar, ya que los fabricantes operan con márgenes reducidos y tienen poco que invertir en tecnologías que podrían reducir las emisiones.
Muchas industrias de todo el mundo están investigando y poniendo a prueba varias estrategias y tecnologías nuevas que pueden reducir significativamente la huella de carbono del cemento y el hormigón.
Para afrontar los desafíos de un clima que cambia rápidamente, quizá se necesite un conjunto de soluciones adaptadas tanto a los mercados locales como a los mundiales.
La humanidad produce más hormigón que cualquier otro material del planeta. Es literalmente la base de la civilización moderna, y por buenas razones.
El hormigón es resistente, duradero, asequible y está al alcance de casi todas las comunidades del planeta. Sin embargo, la industria mundial del hormigón tiene un secreto poco conocido: por sí sola es responsable de más del 8 % de las emisiones mundiales de dióxido de carbono — más del triple que las emisiones asociadas a la aviación. Esas emisiones se duplicaron en las últimas dos décadas a medida que crecían las ciudades asiáticas, y la demanda sigue aumentando a un ritmo sin precedentes.
También es una de las industrias más difíciles de descarbonizar, en parte porque los fabricantes suelen operar en mercados muy locales y con márgenes reducidos, lo que deja poco margen para invertir en tecnologías que podrían reducir las emisiones.
Sin embargo, que algo sea difícil no significa necesariamente que sea imposible.
Arquitectos, ingenieros, científicos y fabricantes de cemento y hormigón de todo el mundo están investigando y poniendo a prueba varias estrategias y tecnologías nuevas que pueden reducir significativamente la huella de carbono del cemento y el hormigón. Estas son algunas, incluida una en la que mi equipode la Universidad de Colorado está trabajando: encontrar formas de utilizar microalgas totalmente naturales para resolver el mayor problema de emisiones del hormigón: el cemento.
No tiene por qué ser 100 % cemento
El principal responsable del impacto climático del hormigón es la producción de cemento Portland, el polvo que se utiliza 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, que la Portland Cement Association denomina «un hecho químico inevitable», es responsable de alrededor del 60 % de las emisiones relacionadas con el cemento. El resto proviene de la energía necesaria para calentar el horno.
Una de las estrategias a corto plazo más prometedoras para reducir la huella de carbono del hormigón consiste en usar materiales como cenizas volantes de centrales eléctricas de carbón, escoria de la producción de hierro y arcilla calcinada para sustituir parte del cemento Portland en las mezclas de hormigón. Se conocen como materiales cementantes suplementarios.
El uso de entre un 20 % y un 50 % de cenizas volantes, escoria o arcilla calcinada puede reducir el carbono incorporado de las mezclas de hormigón en porcentajes similares.
Otro método emplea pequeñas cantidades de piedra caliza molida para sustituir parte del cemento y se está convirtiendo en una práctica recomendada. Tras realizar pruebas rigurosas, el Departamento de Transporte de California anunció recientemente que permitiría el uso en sus proyectos de mezclas de cemento Portland con piedra caliza, conocidas como PLC. Al sustituir entre un 5 % y un 15 % del cemento por piedra caliza molida, el PLC puede reducir las emisiones en una proporción similar. La decisión de California pronto llevó a otros estados a aprobar el uso de PLC.
Muchos investigadores abogan ahora por adoptar el cemento de piedra caliza y arcilla calcinada, 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 del 45 %.
Qué pueden lograr la electrificación y la captura de carbono
Las plantas de cemento también han empezado a probar tecnologías de captura de carbono y hornos eléctricos para reducir drásticamente las emisiones. Sin embargo, la captura de carbono es costosa y ampliar la tecnología para satisfacer la demanda de la industria del cemento y el hormigón no es tarea fácil.
La electrificación de los hornos enfrenta los mismos obstáculos. Se necesitan nuevas tecnologías y grandes inversiones de capital para electrificar uno de los procesos que más energía consumen en el mundo. Sin embargo, la promesa de cero emisiones relacionadas con la combustión resulta lo bastante atractiva para algunos emprendedores y empresas cementeras —incluidas las interesadas en utilizar energía solar al 100 % para producir cemento—, que se apresuran a encontrar soluciones viables a escala tanto tecnológica como económica.
La Ley de Reducción de la Inflación, aprobada por el Congreso en agosto de 2022, podría contribuir a extender el uso de algunas de estas tecnologías. Incluye fondos para modernizar equipos y añadir capacidades de captura de carbono, así como incentivos fiscales para que los fabricantes reduzcan sus emisiones.
Prescindir del cemento, quizá con ayuda de las algas
Otra estrategia consiste en producir materiales funcionalmente equivalentes que no contengan nada de cemento Portland.
Materiales como el hormigón de escoria activada con álcalis o el hormigón de cemento de cenizas volantes se producen combinando escoria, cenizas volantes o ambas con una base muy fuerte. Se ha demostrado que estos materiales pueden reducir las emisiones de carbono en un 90 % o más, y quizá cumplan los criterios de escala y costo, pero todavía afrontan desafíos técnicos y regulatorios.
Algunos ejemplos de productos de hormigón con bajas emisiones de carbono y sin cemento Portland que han ganado terreno en el mercado son los componentes modulares a base de wollastonita, los bloques de tierra comprimida y los productos prefabricados de biocemento —incluidos los fabricados con microalgas fotosintéticas y biomineralizantes.
Las algas también se han utilizado como biocombustible alternativo para calentar hornos de cemento, y se han vinculado sistemas de cultivo de algas con la producción de cemento para capturar carbono.
Mi equipo de la Universidad de Colorado Boulder y yo estamos investigando el uso de piedra caliza derivada de algas para producir cemento Portland, lo que podría ayudar a eliminar el 60 % de las emisiones asociadas a la fabricación de cemento. Esta tecnología resulta atractiva porque puede incorporarse directamente a la producción convencional de cemento.
Usar hormigón para confinar el CO2 capturado
Los ingenieros también están experimentando con la inyección de dióxido de carbono capturado en el hormigón y con el uso de áridos hechos de dióxido de carbono en lugar de grava o arena, que se mezcla con el hormigón.
Es un concepto prometedor, pero hasta ahora la inyección ha logrado reducciones limitadas de dióxido de carbono, y la producción de áridos que almacenan dióxido de carbono todavía no se ha ampliado.
Un problema creciente
En última instancia, el tiempo dirá si estas tecnologías y otras cumplirán sus promesas.
Lo que está claro es que la industria del cemento y el hormigón de todo el mundo ha reconocido que tiene un problema que resolver y que no existe una solución milagrosa. Quizá se necesite un conjunto de soluciones adaptadas tanto a los mercados locales como a los mundiales para afrontar los desafíos inmediatos y a largo plazo de abastecer a una población en constante crecimiento y hacer frente a un clima que cambia rápidamente.
