Los científicos están tomando medidas concretas para reducir la masiva huella de carbono del cemento

En una abrasadora mañana de julio en una instalación de pruebas en las afueras de París, un grupo de científicos, ingenieros y arquitectos que usaban cascos y gafas de seguridad observaron a través del vidrio protector cómo una máquina moldeaba una mezcla gris y soporífera en lotes de bloques del tamaño de un ladrillo. A lo largo de la línea, un operador de montacargas cargó cuidadosamente los bloques en una cámara de curado como si fueran panes en una panadería.

Lo que estaban presenciando era una prueba de un nuevo proceso de fabricación de concreto desarrollado por Solidia Technologies, uno que la compañía con sede en Nueva Jersey espera que cambie drásticamente la forma en que se fabrica este material de construcción. Al ajustar la química de uno de los ingredientes esenciales del concreto -el cemento- y alterar su proceso de curado, la compañía dice que puede hacer el concreto más barato que el proceso tradicional, mientras que al mismo tiempo reduce drásticamente las emisiones de carbono asociadas con la producción de cemento.

El cemento es una de las industrias más contaminantes de carbono de la economía mundial. Responsable de alrededor del 8% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono (CO2) en 2015, si se clasificara en el ranking de países individuales, la industria cementera sería el tercer emisor de gases de efecto invernadero más grande del mundo, sólo por detrás de China y Estados Unidos. Y esta huella ya de por sí enorme sólo se prevé que aumente en las próximas décadas a medida que el desarrollo económico y la rápida urbanización continúen en el sudeste asiático y en el África subsahariana. Según la Agencia Internacional de la Energía y la Iniciativa para la Sostenibilidad del Cemento, para el año 2050 la producción de cemento podría aumentar hasta un 23%.

Esto plantea un reto importante para la lucha contra el cambio climático. Un estudio realizado en 2018 estimó que las emisiones relacionadas con el cemento tendrán que disminuir por lo menos en un 16% para 2030, y mucho más después de eso, si las naciones han de cumplir el objetivo del Acuerdo de París sobre el Clima de 2015 de mantenerse por debajo de los 2 grados centígrados de calentamiento en este siglo.

Según los expertos de la industria, las reducciones a esa escala requerirán la adopción generalizada de alternativas de cemento menos intensivas en carbono que se están desarrollando actualmente en laboratorios de todo el mundo. Pero en un mercado gobernado por un puñado de grandes productores que temen hacer cambios en sus modelos de negocio existentes, una ausencia de políticas fuertes que incentiven tecnologías más verdes y una industria de la construcción razonablemente cautelosa con respecto a los nuevos materiales de construcción, las perspectivas de un cambio tan radical están lejos de ser seguras.

La asombrosa huella de carbono de la industria del hormigón se debe principalmente a la gran escala del uso del material. Una combinación mundana de arena y grava pegada con cemento, esta piedra artificial es tan omnipresente que forma parte de casi todas las estructuras de nuestro moderno entorno construido.

"La sociedad actual no habría sido posible sin el hormigón", dijo Robert Courland, autor del libro Concrete Planet. Es el material sintético más abundante que existe y, según la Federación de la Industria del Cemento, un grupo comercial australiano, si se dividiera todo el concreto utilizado en todo el mundo cada año, tres toneladas de concreto irían a todas las personas del planeta, lo que lo convertiría en el segundo recurso más consumido del mundo después del agua.

Con su abundancia, el concreto cobra un precio gigantesco sobre el medio ambiente. El proceso de fabricación del cemento Pórtland, la forma más común utilizada para producir concreto, por ejemplo, es uno de los procesos de fabricación más intensivos en carbono que existen; la fabricación de sólo una tonelada produce más de 1,000 libras de dióxido de carbono.

El proceso comienza con la piedra caliza triturada, que se mezcla con otras materias primas y luego se alimenta en un gran horno cilíndrico giratorio calentado a más de 2.600 grados Fahrenheit. El horno se inclina ligeramente y los materiales se vierten en el extremo levantado. A medida que se mueven hacia la ráfaga de fuego rugiente en el extremo inferior del horno, algunos componentes se queman como gases, mientras que los elementos restantes se unen para producir bolas grises conocidas como clinker. Los trozos de material -aproximadamente del tamaño de los mármoles- se enfrían y luego se muelen en un polvo fino para formar el elemento clave de unión que permite que el concreto se endurezca cuando se cura con agua.

Este proceso, que apenas ha cambiado desde que se inventó hace casi dos siglos, produce emisiones de carbono de dos maneras. En primer lugar, los combustibles fósiles se queman normalmente para calentar el horno a las altas temperaturas necesarias para descomponer los materiales, emitiendo carbono en el proceso. Además, el proceso de descomposición térmica en sí mismo produce emisiones, ya que el carbono atrapado en la piedra caliza se combina con el oxígeno del aire para crear dióxido de carbono como subproducto.

Hasta dos tercios de las emisiones de carbono relacionadas con el cemento surgen de esta reacción, razón por la cual la fabricación de cemento se considera un proceso particularmente difícil de descarbonizar, dijo Gaurav Sant, profesor de ingeniería civil y ambiental de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA). Dado que las emisiones de dióxido de carbono son parte del proceso químico en sí, dijo, incluso un cambio completo a fuentes de energía de bajo o nulo carbono para calentar los hornos resolvería sólo parte del problema.

Los productores de cemento ya han tomado medidas para reducir las emisiones. Gracias a las mejoras en la eficiencia energética y a los ajustes en las mezclas de hormigón, la intensidad media de dióxido de carbono de la producción de cemento ha disminuido en un 18% a nivel mundial en los últimos 20 años. Algunas empresas también han instalado tecnología para evitar que las emisiones de dióxido de carbono entren en la atmósfera, aunque estos sistemas sólo pueden capturar hasta cierto punto y pueden no ser viables en la escala necesaria para lograr un impacto significativo.

Mientras que los líderes de la industria han prometido recientemente más reducciones, Sant advierte que las tecnologías existentes sólo pueden proporcionar una parte de los ahorros de dióxido de carbono necesarios para alcanzar los objetivos de París. "Lo que la industria realmente necesita hacer es arar dinero y esfuerzos para producir tipos nuevos o alternativos de cemento que requieran menos o nada de clinker", dijo. "Es la única forma en que pueden abordar el problema de las emisiones de CO2 de la producción de cemento."

Las empresas están probando diferentes métodos para reducir o eliminar la cantidad de clinker requerida para hacer concreto. BioMASON, por ejemplo, con sede en Carolina del Norte, emplea bacterias naturales como aglutinantes para fabricar ladrillos de hormigón, mientras que CO2Concrete, una empresa derivada de UCLA, ha desarrollado una tecnología que extrae dióxido de carbono directamente de los conductos de las centrales eléctricas para producir carbonatos minerales sólidos que luego pueden utilizarse para sustituir al cemento Portland tradicional. Otros, como Banah en el Reino Unido y Zeobond en Australia, se centran en el uso de subproductos de otros procesos industriales para crear los llamados "geopolímeros" que sustituyen al clinker en la fabricación de cemento.

Los expertos dicen que Solidia, la compañía de Nueva Jersey que estuvo en Francia durante el verano, es una de las más prometedoras. Su proceso, que se desarrolló por primera vez en 2008 en la Universidad de Rutgers, implica manipular la química del cemento para reducir significativamente la temperatura del horno necesaria para producir el clinker, y luego curar el concreto hecho con su cemento con dióxido de carbono residual en lugar de agua.

"Estas tecnologías combinadas logran una reducción de la huella de carbono de hasta un 70% en comparación con el hormigón ordinario a base de cemento Pórtland, y a un menor costo", dijo Tom Schuler, presidente y director general de Solidia, que ha obtenido apoyo financiero de las conocidas empresas de capital de riesgo Kleiner Perkins y Bright Capital, el gigante petrolero BP y LafargeHolcim, con sede en Suiza, el mayor productor de cemento del mundo.

Otra compañía que trabaja en soluciones alternativas de cemento es CarbonCure, con sede en Halifax, Nueva Escocia. La idea del ingeniero civil Rob Niven, CarbonCure ha desarrollado un sistema en el que el dióxido de carbono licuado se bombea al hormigón húmedo a medida que se mezcla. A medida que el concreto se endurece, el carbono del dióxido de carbono reacciona con el concreto para convertirse en un mineral, reduciendo efectivamente la necesidad de cemento sin comprometer la resistencia o el precio del concreto.

"En cualquier edificio o proyecto de infraestructura, este proceso de mineralización de CO2 reduce la cantidad de carbono que cientos, si no miles de acres de árboles absorberían en el transcurso de un año", dijo Christie Gamble, directora de sostenibilidad de CarbonCure. El despliegue mundial, dijo, podría reducir cerca de 550 millones de toneladas de dióxido de carbono cada año, el equivalente a sacar 150 millones de automóviles de las carreteras.

Por ahora, la tecnología de CarbonCure, que requiere una pequeña modificación que consiste en un sistema computarizado, un tanque para almacenar el dióxido de carbono y un tubo para bombearlo a la mezcla de concreto, está ahora instalada en casi 150 plantas de concreto en toda Norteamérica. La compañía dijo que también se está expandiendo hacia el sudeste asiático y Europa.

Una demostración de su producto en el mundo real está tomando forma en Georgia en un edificio de oficinas comerciales de varios pisos en construcción en uno de los barrios más modernos de Atlanta. El edificio, cuya finalización está prevista para finales de año, será el primer desarrollo a gran escala en el que se utilizará hormigón con CarbonCure en toda la estructura. Según Gamble, este proyecto por sí solo evitará que más de 750 toneladas de dióxido de carbono sean liberadas a la atmósfera, una cantidad equivalente a 800 acres de dióxido de carbono secuestrados por los bosques durante un año.

Aunque empresas como Solidia y CarbonCure están empezando a progresar, todavía les queda un largo camino por recorrer antes de conquistar incluso una pequeña parte del mercado. Schuler dice que un obstáculo importante es el conservadurismo generalizado del sector de la construcción. "La actitud general de la industria es verla para creerla", dijo Schuler. La compañía ha gastado alrededor de 100 millones de dólares en investigación y desarrollo y en ensayos como el de Francia para convencer a los clientes comerciales.

La renuencia a adoptar nuevas tecnologías es comprensible. "Cuando se trata de garantizar la seguridad de la vida en las estructuras, hay que estar seguro de que lo que se está haciendo funcionará", dijo Sant. Pero también argumentó que las normas de seguridad actuales no son capaces de evaluar los nuevos procesos de producción de concreto que se requerirán para reducir significativamente las emisiones de carbono de la industria.

"El problema es que hemos confiado demasiado tiempo en códigos y normas prescriptivas que nos dicen que debemos concretar de cierta manera, en lugar de utilizar criterios basados en el rendimiento que estimularían la innovación sectorial", dijo.

Otra cuestión importante es el costo. "Aunque las soluciones novedosas no siempre cuestan más que las soluciones convencionales, en los casos en que sí cuestan, hay una voluntad limitada de pagar por el costo adicional", dijo Jeremy Gregory, director ejecutivo de Concrete Sustainability Hub del MIT, un grupo de investigación enfocado en la producción y uso sostenible del concreto. Un estudio realizado en 2015 reveló que los cementos a base de geopolímeros, por ejemplo, pueden costar el triple de lo que cuestan los cementos tradicionales.

También faltan políticas para compensar esos mayores costos y fomentar la inversión en cementos amigables con el clima, dijo Gamble, sugiriendo que "el avance tecnológico no puede por sí solo reducir las emisiones de cemento". Lo que se necesita, dice, "son medidas tales como límites de emisión y sanciones para enviar señales de mercado y fomentar la adopción generalizada de tecnologías más ecológicas".

Al final, admitió que el cemento bajo en carbono aún está muy lejos de alcanzar una adopción a gran escala. Sin embargo, sigue siendo positiva: "Tal vez se necesiten 20, 30 años, tal vez más. Pero estamos empezando a ver los primeros destellos de ese camino".

Dada la escala monumental de su huella de carbono, el cemento por sí solo podría hacer o romper los esfuerzos para frenar el calentamiento global. Para Gregory, la única forma de avanzar es seguir presionando a toda la industria para que acelere sus esfuerzos.

"Retrasar o evitar este desafío", dijo, "no es realmente una opción".