Grafeno para concreto neutro en carbono

Quienes busquen impulsar agresivamente una transición hacia la neutralidad de carbono deberían buscar orientación en Adam Smith, conocido como el padre del capitalismo. Según el filósofo y economista escocés del siglo XVIII: “Al perseguir su propio interés [el individuo] frecuentemente promueve el de la sociedad de manera más efectiva que cuando realmente intenta promoverlo. Nunca he visto mucho bien hecho por aquellos que pretendían comerciar por el bien público”.

Con el sabio consejo de Smith en mente, echemos un vistazo a una nueva tecnología que podría poner el interés propio y la neutralidad de carbono del concreto en el mismo camino.

Los principales emisores de dióxido de carbono (CO2) en el mundo son China con un 32,88 por ciento, Estados Unidos con un 12,6 por ciento y la India con un 6,99 por ciento. Sólo la fabricación anual mundial de cemento Portland emite un 8 por ciento de CO2.

Independientemente de la opinión de cualquiera sobre la ciencia relacionada con el calentamiento global, la realidad económica es que un número cada vez mayor de oportunidades de construcción incentiva el uso de concreto con una huella de carbono baja o incluso nula. De hecho, países enteros están avanzando oficialmente hacia la neutralidad de carbono, como lo demuestran las leyes de muchas naciones, incluido Estados Unidos.

¿Qué nos detiene?
El problema es la química. Para calcinar piedra caliza (carbonato de calcio), arcilla que contiene sílice y algunas otras “especias” se requiere un horno giratorio a 1400 °C (2552 °F). Esto elimina el carbono de la piedra caliza, que se combina con oxígeno para producir aproximadamente la mitad de la huella de CO2 del cemento Portland. La huella restante proviene del transporte, la explotación de canteras, más la energía para el horno y el acabado del cemento.

Abundan muchas soluciones, incluida la reducción de la huella energética del horno, la extracción y el transporte. Sin embargo, la enchilada grande está reduciendo la huella de calcinación. La única manera, en la actualidad, es utilizar menos cemento portland.

Aquí entra el niño prodigio: el grafeno
El investigador alemán Hanns-Peter Boehm dirigió el descubrimiento experimental del grafeno en 1962. El grafeno es una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal. Es increíblemente fuerte, liviano, flexible y altamente conductor. Producido por primera vez en 2004, ahora está disponible comercialmente.

Durante más de una década, los investigadores del hormigón han estado utilizando carbono en general, y grafeno específicamente, para aumentar la resistencia y durabilidad del hormigón y al mismo tiempo reducir el uso de cemento Portland. Quedan dos grandes problemas: el desembolso inconsistente en toda la mezcla y la enorme cantidad de energía necesaria para fabricar grafeno.

Elementos revolucionarios
Actualmente se están implementando nuevos procesos de fabricación para el grafeno que requieren menos energía. En algunos casos, de hecho utilizan productos de desecho y, en consecuencia, crean biocarbón, que absorbe CO2 y puede "enterrarse" de forma segura en depósitos de carbono.

Además, para abordar los desembolsos, algunas empresas ahora están combinando grafeno con otros ingredientes para "recubrir" eficazmente esos componentes con grafeno. Se pueden incluir tipos naturales de carbonato de calcio, como la aragonita, para mejorar la resistencia. Cuando se introducen en la mezcla, ya sea durante el proceso de dosificación o en el sitio, estos ingredientes proporcionan un desembolso mucho mejor y al mismo tiempo mantienen las concentraciones objetivo. Lo más importante es que con los ingredientes adecuados (como el óxido de titanio), los aditivos a base de grafeno no solo reducen sustancialmente la necesidad de cemento portand, sino que también pueden absorber agresivamente CO2 después del curado cuando se exponen a la luz solar.

Calculando los números
El Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) ha probado concreto terminado a base de grafeno que absorbe carbono. Los resultados publicados por un proveedor de mezcla de grafeno indican que es posible secuestrar hasta 900 kilogramos de CO2 por metro cúbico (690 kilogramos por yarda cúbica).

Para los propietarios de infraestructura calificados, el Código del IRS § 45Q – Crédito por secuestro de óxido de carbono otorga un crédito fiscal de $26 por tonelada métrica. Por lo tanto, para aquellos propietarios de infraestructura calificados, tienen $17,86 por yarda cúbica ($26/tonelada métrica x 0,69 tonelada métrica/yarda cúbica) como compensación de costo adicional.

Una mezcla típica de 3500 psi tiene alrededor de 533 libras de cemento portland. Reemplazar el 90 por ciento del cemento Portland ($28,78 a $120/ST) con la mezcla de grafeno (precio por determinar) y arenas para completar el volumen ($3,60 a $15/ST) proporciona $25,18 por yarda cúbica para gastar en grafeno. mezcla. Para aquellos que califican, el IRS aporta $17.86 adicionales por yarda cúbica, lo que resulta en una compensación total de $43.05 por yarda cúbica que podría usarse para comprar aditivos de grafeno sin aumentar el precio del concreto.

El dinero habla
La verdad absoluta es que el concreto seguirá siendo esencial para la sociedad moderna. Sin embargo, el cemento portland no tiene por qué ser el único material aglutinante de matriz utilizado. Dado el incentivo de al menos 25 dólares y hasta 43 dólares por yarda cúbica más una ventaja de licitación con bajas emisiones de carbono, los aditivos de grafeno reductores de cemento Portland con secuestro de CO2 pueden ofrecer una ventaja económica.

En el mundo de Adam Smith, el dinero habla y la ambición individual sirve al bien común. Aprovechar la ambición es la clave para reducir la huella de carbono. La mejor manera de hacerlo es innovar hacia adelante.