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Analizando detenidamente la huella de carbono del concreto

Publicado hace 3 meses

Analizando detenidamente la huella de carbono del concreto

Princeton, MIT y la industria privada están haciendo avances en materiales sostenibles

Si había algún hilo de esperanza para los escépticos de que el calentamiento global podría controlarse mediante cambios meramente incrementales en los procesos industriales y nuestra forma de vida, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático de las Naciones Unidas lo descartó permanentemente en agosto.

Como dijo el secretario general de la ONU, António Guterres, al publicar el informe del grupo , era “un código rojo para la humanidad. Las campanas de alarma son ensordecedoras y la evidencia es irrefutable ".

El informe dijo que el consenso científico a punto de alcanzar el aumento global de 1,5 grados Celsius por encima de los niveles preindustriales estaba “… peligrosamente cerca. Estamos en riesgo inminente de tocar 1,5 grados en el corto plazo. La única forma de evitar que se supere este umbral es intensificando urgentemente nuestros esfuerzos y siguiendo el camino más ambicioso ”.

Dada esa realidad, está claro que todos los componentes de la economía actual y nuestros estilos de vida pueden y deben ser examinados rigurosamente para una posible transformación radical. Dado ese desafío, y pensando estratégicamente, ¿por qué no apuntar a una fuente importante de CO2 que se destaca porque es una industria que ha cambiado poco en los últimos doscientos años y, por lo tanto, es probable que esté plagada de oportunidades para un cambio rentable y ambientalmente racional?

Específicamente, me refiero a concreto (te ahorraré malos juegos de palabras que involucren la forma adjetiva de la palabra ...).  

Lo hemos estado usando desde la época romana, y el método básico ha cambiado poco desde la introducción del cemento Portland en 1824. Tengamos cuidado de diferenciar entre cemento y concreto, que a menudo se usan indistintamente (me declaro culpable) pero que tienen diferencias cruciales.

El cemento combina piedra caliza y arcilla. Su creación es el principal culpable ambiental: los ingredientes se calientan (en la actualidad, en gran parte por combustibles fósiles) a 2600 grados F para que la piedra caliza se descomponga químicamente, dando como resultado óxido de calcio que se convierte en "clinker", el producto final de cemento. Hasta dos tercios de las emisiones de C02 del hormigón resultan del calentamiento de la piedra caliza y de ese proceso químico.

El concreto es el producto final de combinar cemento con agregados como arena y grava más agua , que los une mediante un proceso llamado hidratación .

La contribución del cemento y el concreto al calentamiento global es asombrosa: se crea una tonelada de CO2 por cada tonelada de cemento que se crea, y se estima que el 8% de todas las emisiones de CO2 se atribuyen a la producción de hormigón, superada solo por la producción de hierro y acero entre las fuentes industriales.

Al mismo tiempo, el hormigón es esencial para la tendencia hacia la urbanización en todo el mundo (especialmente en los países en desarrollo) que, paradójicamente, puede ser positivo para el calentamiento global porque reduce la presión para cortar las selvas tropicales, por lo que eliminar el hormigón no es la respuesta: mejorarlo. es.

El problema del cemento / hormigón atrae actualmente a los mejores y más brillantes. Las empresas emergentes y los investigadores universitarios han creado una amplia gama de innovaciones prometedoras en la última década, utilizando tanto nuevas tecnologías, como IoT, como diferentes procesos químicos. La mayoría abordan un solo factor, como la composición del cemento, la fuente de combustible o cómo se gestiona el CO2:

Al igual que en muchas otras industrias, los sistemas de I oT para fábricas de hormigón pueden reducir el uso de materias primas y energía hasta en un 20% , un beneficio adicional a los que se obtienen mediante la sustitución de fuentes de energía y minerales.

Algunos experimentan con fuentes de combustible alternativas, como neumáticos viejos, aceites lubricantes de desecho, combustibles derivados de desechos o plásticos de desecho para reducir los de combustibles fósiles.

Un equipo de UCLA creó CO2NCRETE, capturando y utilizando las emisiones de CO2 de otro gran culpable, las plantas de energía de combustibles fósiles, para crear un material de construcción similar al cemento hecho de cal hidratada, que absorbe CO2.

El Grupo de Cementos Sostenibles de la Universidad de Princeton es uno de los varios que intentan reducir la cantidad de clinker o eliminarlo. Sustituirían subproductos como  escoria de acero, arcillas o cenizas volantes de centrales eléctricas de carbón. Esto podría reducir las emisiones entre un 40 y un 80% en comparación con el cemento Portland.

Para obtener los mayores beneficios tanto ambientales como económicos, parece que el mejor enfoque es un enfoque holístico, examinando todo, desde la química fundamental hasta cómo hacer que las estructuras de concreto duren el mayor tiempo posible (en la teoría de que cuanto más dura el edificio o el pavimento, más se amortizarán los impactos ambientales). Quizás el influyente MIT Concrete Sustainability Hub resume mejor este enfoque:

“Se produce más concreto que cualquier otro material de la Tierra. En el futuro previsible, no existe ningún otro material que pueda reemplazar al hormigón para satisfacer las necesidades de nuestras sociedades de vivienda, refugio, escuelas e infraestructura… pero sus atractivas propiedades han llevado a un uso masivo que aporta aproximadamente el 5% de la producción global de CO2.

La declaración agrega que cambiar la industria del concreto para preservar sus beneficios mientras se minimizan los impactos ambientales, "requiere un enfoque holístico en el que el progreso en la ciencia del concreto se traduzca en aplicaciones innovadoras de ingeniería de concreto estructural", desde el pavimento hasta las estructuras de muros, "cuyo impacto en el desarrollo sustentable se evalúan con estudios avanzados de impacto ambiental-econométrico ”.

Dada esa perspectiva, la compañía que se destaca es una startup de Nueva Jersey, Solidia , con el único enfoque que aborda simultáneamente no solo el problema del CO2, sino también otros tres problemas importantes relacionados con el calentamiento global: uso de energía, uso de agua y sólidos. desperdicio.

Solidia utiliza una nueva fórmula para el cemento. Su proceso hidrotermal de densificación en fase líquida (rHLPD) utiliza menos piedra caliza (50% frente a 66%) y opera a una temperatura significativamente más baja (1200 grados F) para unir y endurecer la mezcla de partículas, reduciendo los gases de efecto invernadero hasta en un 30% y también ahorrando energía. Otro ahorro de dinero es que se puede utilizar en hornos existentes.

En el proceso de curado del concreto, el cemento Solidia reacciona y atrapa el CO2 en lugar de usar agua, consumiendo hasta 240 kg de CO2, dejando un 3-5% del producto terminado como CO2 sólido y permitiendo la recuperación del agua que se usa. . La compañía también afirma que, "a diferencia del cemento Portland ordinario tradicional (OPC), los productos prefabricados de Solidia se pueden reciclar antes de curar, eliminando potencialmente toneladas de desechos de vertederos de concreto cada año ". 

En este punto, el proceso Solidia solo se está utilizando para adoquines prefabricados, aunque la compañía está comenzando a aplicarlo también al mercado más grande de premezclado.

El nuevo CEO de la compañía, Bryan Kalbfleisch, me dijo en una entrevista telefónica que la compañía no se propuso crear una solución tan holística, sino que rápidamente expandió su enfoque a medida que surgían nuevos beneficios. En particular. una vez que se dieron cuenta de que el CO2 podía sustituir al agua, lo convirtieron en una característica, especialmente en áreas como Bélgica o África donde hay escasez de agua.

La creación de nuevos materiales y procesos de producción de hormigón imaginativos no resolverá automáticamente el problema del CO2 de la industria. El desastre del colapso de un condominio en Florida de este año es un recordatorio de que cualquier método debe pasar por pruebas rigurosas para asegurar su resistencia y durabilidad. La tecnología también puede ayudar: los sensores de IoT como SmartRock eliminan las conjeturas de las pruebas de campo con métodos habituales, como las pruebas de rotura de cilindros curadas en campo, para asegurarse de que el concreto cumpla con todas las pruebas.

Mientras tanto, varios estados, liderados por Nueva York y Colorado, están tratando de impulsar la adopción de métodos de concreto innovadores instituyendo estándares de emisiones para el concreto utilizado en obras públicas, porque los nuevos métodos son, en la actualidad, más costosos.

Los esfuerzos para reducir las emisiones de CO2 de la producción de cemento y hormigón son fundamentales, especialmente si permiten que la economía y la sociedad sigan disfrutando de otras contribuciones positivas del concreto. Al mismo tiempo, también pueden proporcionar inspiración para abordar prácticas de larga data en una variedad de otras industrias que contribuyen al calentamiento global y que ya no son tolerables dada la actual amenaza del “código rojo” para la humanidad y el planeta.

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