El hormigón es una importante fuente de emisiones de dióxido de carbono, que representa alrededor del 8 % de las emisiones mundiales.
Investigadores del MIT han desarrollado un nuevo método que podría convertir el hormigón en un sumidero de carbono más eficaz, compensando parte de las emisiones asociadas a su producción.
El hallazgo "representa un avance importante en la sostenibilidad del hormigón", afirmó un experto.
Damian Stefaniuk es becario posdoctoral en el MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub). Trabaja con los profesores del MIT Franz-Josef Ulm y Admir Masic, del Departamento de Ingeniería Civil y Medioambiental (CEE) del MIT, para investigar el hormigón multifuncional.
En este artículo, ofrece una visión general de la carbonatación en productos a base de cemento, una breve explicación de por qué comprender la carbonatación en el ciclo de vida de los productos de cemento es clave para evaluar su impacto ambiental, y una actualización sobre las investigaciones actuales para reforzar el proceso.
P: ¿Qué es la carbonatación y por qué es importante considerar el hormigón desde la perspectiva del ciclo de vida?
R: La carbonatación es la reacción entre el dióxido de carbono (CO2) y ciertos compuestos de los productos a base de cemento, que se produce durante su fase de uso y al final de su vida útil. Forma carbonato de calcio (CaCO3) y tiene implicaciones importantes para neutralizar las emisiones de GEI [gases de efecto invernadero] y alcanzar la neutralidad de carbono en el ciclo de vida del hormigón.
En primer lugar, la carbonatación hace que los productos a base de cemento actúen como sumideros de carbono naturales, captando CO2 del aire y almacenándolo de forma permanente. Esto ayuda a mitigar las emisiones de carbono asociadas a la producción de cemento, reduciendo su huella de carbono total.
En segundo lugar, la carbonatación afecta a las propiedades del hormigón. La carbonatación en una etapa temprana puede aumentar la resistencia a la compresión de los productos a base de cemento, mejorando su durabilidad y su rendimiento estructural. Sin embargo, la carbonatación en una etapa tardía puede afectar a la resistencia a la corrosión del hormigón armado con acero debido a la reducción de la alcalinidad.
Tener en cuenta la carbonatación en el ciclo de vida de los productos a base de cemento es fundamental para evaluar con precisión su impacto ambiental. Comprender y aprovechar la carbonatación puede ayudar a la industria a reducir las emisiones de carbono y maximizar el potencial de captura de carbono. Prestar mucha atención a este aspecto durante el proceso de diseño contribuye a crear estructuras duraderas y resistentes a la corrosión, lo que favorece la longevidad y la sostenibilidad en general.
P: ¿Cuáles son algunos de los esfuerzos mundiales en curso para forzar la carbonatación?
R: Algunos de los esfuerzos en curso para forzar la carbonatación en el hormigón consisten en aumentar artificialmente la cantidad de gas CO2 presente durante la hidratación temprana del hormigón. Este proceso, conocido como carbonatación forzada, tiene como objetivo acelerar la reacción de carbonatación y sus beneficios asociados.
La carbonatación forzada se aplica normalmente a elementos de hormigón prefabricado que se producen en entornos ricos en CO2 creados artificialmente. Al exponer el hormigón fresco a concentraciones más altas de CO2 durante el curado, el proceso de carbonatación puede acelerarse, lo que puede traducirse en mejoras potenciales en la resistencia, una menor absorción de agua, una mejor resistencia a la penetración de cloruros y un mejor comportamiento frente a los ciclos de hielo y deshielo. Al mismo tiempo, puede resultar difícil cuantificar cuánto CO2 se absorbe y se libera como consecuencia del proceso.
Estos esfuerzos para inducir la carbonatación en una etapa temprana mediante la carbonatación forzada reflejan el interés de la industria por optimizar el rendimiento del hormigón y sus impactos ambientales. Al explorar métodos para mejorar el proceso de carbonatación, los investigadores y profesionales buscan aprovechar de forma más eficiente sus beneficios, como el aumento de la resistencia y la captura de CO2.
Es importante señalar que la carbonatación forzada requiere una implementación y un seguimiento cuidadosos para garantizar los resultados deseados. Los procedimientos y las condiciones específicos varían según la aplicación y los objetivos previstos, lo que subraya la necesidad de contar con experiencia y entornos controlados.
En conjunto, los esfuerzos en curso en materia de carbonatación forzada contribuyen al desarrollo continuo de la tecnología del hormigón, con el objetivo de mejorar sus propiedades y reducir su huella de carbono a lo largo del ciclo de vida del material.
P: ¿Qué es la carbonatación previa al curado inducida químicamente y qué implicaciones tiene?
R: La carbonatación previa al curado inducida químicamente (CIPCC) es un método desarrollado por el MIT CSHub para mineralizar y almacenar de forma permanente el CO2 en el cemento. A diferencia de los métodos tradicionales de carbonatación forzada, la CIPCC introduce el CO2 en la mezcla de hormigón en forma de polvo sólido, concretamente bicarbonato de sodio. Este enfoque aborda algunas de las limitaciones de las tecnologías actuales de captura y utilización de carbono.
Las implicaciones de la CIPCC son significativas. En primer lugar, ofrece comodidad para aplicaciones de hormigón colado in situ, lo que facilita la incorporación del uso de CO2 en proyectos de hormigón. A diferencia de otros enfoques, la CIPCC permite un control preciso de la cantidad de CO2 secuestrada en el hormigón. Esto garantiza una carbonatación precisa y facilita una mejor gestión del proceso de almacenamiento. La CIPCC también se basa en investigaciones anteriores sobre las fases de hidratación amorfas, lo que proporciona un mecanismo adicional para el secuestro de CO2 en los productos a base de cemento. Estas fases se carbonatan mediante la CIPCC, lo que contribuye a la capacidad total de secuestro de carbono del material.
Además, la carbonatación previa al curado en una etapa temprana resulta prometedora como vía para que el hormigón secuestre de forma permanente una cantidad controlada y precisa de CO2. Nuestro reciente artículo en PNAS Nexus sugiere que, en teoría, podría compensar al menos el 40 % de las emisiones de calcinación asociadas a la producción de cemento, si se prevén avances en la producción de bicarbonato de sodio con menores emisiones. También hemos comprobado que hasta el 15 % del cemento (en peso) podría sustituirse por bicarbonato de sodio sin comprometer el rendimiento mecánico de una mezcla determinada. Se necesitan más investigaciones para evaluar los efectos a largo plazo de este proceso y explorar los posibles ahorros e impactos del ciclo de vida de la carbonatación.
La CIPCC ofrece no solo beneficios ambientales al reducir las emisiones de carbono, sino también ventajas prácticas. El aumento de la resistencia en una etapa temprana observado en aplicaciones reales podría acelerar los plazos de construcción, al permitir que el hormigón alcance su resistencia total más rápidamente.
En conjunto, la CIPCC demuestra el potencial de una captura de CO2 más eficiente y controlada en el hormigón. Representa un avance importante en la sostenibilidad del hormigón, lo que subraya la necesidad de seguir investigando y de tener en cuenta los impactos del ciclo de vida del material.
Esta investigación fue realizada por el MIT CSHub, que cuenta con el patrocinio de la Concrete Advancement Foundation y de la Portland Cement Association.
