Investigadores de Cambridge desarrollan nuevo método para producir concreto sin emisiones de carbono

Este método, que los investigadores describen como «un milagro absoluto«, utiliza los hornos de arco eléctrico, utilizados para reciclar acero, para reciclar simultáneamente el cemento, el componente del hormigón que más contribuye a las emisiones de carbono.

El Desafío de las Emisiones del concreto
El concreto es el segundo material más utilizado en el planeta después del agua y es responsable de aproximadamente el 7,5% de las emisiones antropogénicas totales de CO2. Encontrar una forma escalable y rentable de reducir las emisiones del concreto mientras se satisface la demanda global es uno de los mayores desafíos en la descarbonización.

Método de reciclaje de cemento: Una solución a uno de los mayores desafíos climáticos del mundo
Los investigadores de Cambridge descubrieron que el cemento usado es un sustituto eficaz para el flujo de cal, que se utiliza en el reciclaje de acero para eliminar impurezas y normalmente termina como un subproducto de desecho conocido como escoria. Al reemplazar la cal con cemento usado, el producto final es cemento reciclado que puede usarse para hacer nuevo concreto.

El método de reciclaje de cemento desarrollado por los investigadores de Cambridge, informado en la revista Nature, no añade costos significativos a la producción de concreto o acero y reduce considerablemente las emisiones de ambos, debido a la menor necesidad de flujo de cal.

Pruebas recientes realizadas por el Instituto de Procesamiento de Materiales, un socio en el proyecto, demostraron que el cemento reciclado puede producirse a gran escala en un horno de arco eléctrico (EAF, por sus siglas en inglés), la primera vez que se ha logrado esto. Eventualmente, este método podría producir cemento con emisiones cero si el EAF se alimenta con energía renovable.

La Importancia del Cemento en la Construcción
El concreto está hecho de arena, grava, agua y cemento, que actúa como aglutinante. Aunque constituye una pequeña proporción del concreto, el cemento es responsable de casi el 90% de las emisiones del concreto. El cemento se produce mediante un proceso llamado clinkerización, donde la piedra caliza y otros materiales crudos se trituran y se calientan a aproximadamente 1.450 °C en grandes hornos. Este proceso convierte los materiales en cemento, pero libera grandes cantidades de CO2 a medida que la piedra caliza se descarbonata en cal.

Durante la última década, los científicos han estado investigando sustitutos para el cemento y han encontrado que aproximadamente la mitad del cemento en el concreto puede ser reemplazado por materiales alternativos, como la ceniza volante, pero estos necesitan ser activados químicamente por el cemento restante para endurecerse.

«También es una cuestión de volumen: no tenemos físicamente suficientes de estas alternativas para satisfacer la demanda global de cemento, que es de aproximadamente cuatro mil millones de toneladas por año», dijo Allwood. «Ya hemos identificado las soluciones fáciles que nos ayudan a usar menos cemento mediante la mezcla y combinación cuidadosa, pero para llegar a emisiones cero, necesitamos pensar fuera de la caja».

El Proceso de Reciclaje de Cemento
El proceso de clinkerización requiere calor y la combinación correcta de óxidos, todos los cuales están presentes en el cemento usado, pero necesitan ser reactivados. Los investigadores probaron una variedad de escorias, hechas de desechos de demolición y agregaron cal, alúmina y sílice. Las escorias se procesaron en el EAF del Instituto de Procesamiento de Materiales con acero fundido y se enfriaron rápidamente.

Futuro del Cemento Reciclado
El proceso de Cemento Eléctrico de Cambridge ha estado escalando rápidamente, y los investigadores dicen que podrían estar produciendo mil millones de toneladas por año para 2050, lo que representa aproximadamente una cuarta parte de la producción anual actual de cemento.

Además de ser un avance para la industria de la construcción, los investigadores esperan que el Cemento Eléctrico de Cambridge también sea una señal para ayudar al gobierno a reconocer que las oportunidades para la innovación en nuestro camino hacia cero emisiones se extienden mucho más allá del sector energético.

Los investigadores han presentado una patente sobre el proceso para apoyar su comercialización. La investigación fue apoyada en parte por Innovate UK y el Consejo de Investigación de Ciencias Físicas e Ingeniería (EPSRC), parte de UK Research and Innovation (UKRI). Julian Allwood es miembro del St Catharine’s College, Cambridge.