Hormigón limpio: hacer sostenible la construcción de la sociedad
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Updated on: 28 Jun 2021
https://climatescience.org/es/advanced-concrete-climate-sustainable/
¿Qué es el hormigón y por qué lo necesitamos?
El hormigón es un material de construcción fuerte, duradero y versátil que ha jugado un papel clave en la creación y expansión de las ciudades por todo el mundo 
. La demanda mundial de este material es enorme:
¡El hormigón es el segundo material más utilizado del planeta después del agua! . Por desgracia, esto significa que la producción de hormigón es responsable de nada menos que del 8% de las emisiones mundiales de CO₂ .
El hormigón es el segundo material más utilizado del planeta
¿Cómo se hace el hormigón?
El hormigón contiene tres componentes principales: los áridos o agregados (una mezcla de arena, piedra molida y grava); una pasta hecha de agua y cemento (que actúa aglutinando las partículas); ¡y aire !
¿De qué está hecho el hormigón?
El cemento es un elemento clave en el hormigón y está hecho de yeso (un mineral blando), y clínker (un sólido grumoso que se forma quemando carbonato de calcio junto con otros óxidos en un horno) .
¿De qué está hecho el cemento ?
La fabricación de clínker se basa en una reacción química llamada calcinación . En este proceso, el carbonato de calcio (CaCO₃), comúnmente conocido como piedra caliza, se descompone en óxido de calcio (CaO) y dióxido de carbono .
¿Cómo se forma el clínker ?
¿Cuáles son los impactos medioambientales del hormigón y el cemento?
Todos estos son impactos de la industria del hormigón y del cemento que se producen a escala local, regional y mundial.
- A escala local: Durante el proceso de calcinación calcárea, se libera polvo del horno de cemento . Cuando no se recolecta adecuadamente, este puede contaminar el agua, los suelos y el aire . También puede causar quemaduras en la piel, daños oculares e incluso irritación respiratoria o cáncer, ya que es tan fino que puede ser inhalado .
- A escala regional: Durante la fabricación de cemento, la quema de combustible emite ácido sulfúrico (SO₂) y óxidos de nitrógeno (NOx) , dos de los principales contribuyentes de la lluvia ácida .
- A escala global: En un promedio global, la producción de 1 kg de cemento genera aproximadamente 0,81 kg de CO₂ .
Es sorprendente que la mayor parte de su impacto procede de la fabricación de cemento, que representa el 90% de las emisiones del hormigón .
Entre el 30%-40% de las emisiones directas de CO₂ provienen de la quema de combustible para la producción de calor y electricidad. Un 50%-70% se liberan de la piedra caliza durante el proceso de calcinación (en la fabricación de cemento) descrito arriba . Las emisiones restantes (hasta un 10%) se consideran emisiones indirectas y provienen, generalmente, de su transporte .
Fabricar cemento y hormigón de manera sostenible
Se espera que la demanda mundial de cemento crezca un 30% para 2040 . Si no hacemos nada con respecto a las emisiones de CO₂ derivadas de la manera como producimos actualmente el hormigón, el crecimiento de esta industria será uno de los principales contribuyentes al cambio climático .
Tenemos que reducir las emisiones del cemento, ¡ya!
¿Podemos fabricar hormigón sin emitir CO₂?
Según el Acuerdo de París, para limitar el aumento de la temperatura global a 2 °C, las emisiones directas de CO₂ procedentes de la producción de cemento y hormigón deben reducirse en un 25% para 2050 .
Eestas son algunas de las soluciones más prometedoras :
- Mejoras en la eficiencia energética
- Uso de combustibles alternativos
- Utilización de diferentes materiales de clínker
- Métodos de captura, uso y almacenamiento de carbono (CCUS)
- Uso de cementos de carbono negativo
¿Cómo podemos hacer más sostenible el hormigón ?
1. Mejoras en la eficiencia energética: Las mejoras en la eficiencia energética durante la fabricación del cemento podrían reducir las emisiones directas de CO₂ en hasta un 12% . Alrededor del 65% de la demanda de energía térmica proviene del horno, donde esta energía es absorbida por las reacciones necesarias para transformar la caliza en clínker, mientras que el resto, ~35%, se usa para secar la caliza .
¿Cómo podemos reducir la demanda de energía? Hay algunas opciones:
Reduciendo la demanda energética del hormigón
Presecado de caliza: Se deja secar la caliza en un calentador para reducir su contenido de humedad , con lo que se necesita menos calor para evaporar el agua y la caliza puede someterse a calcinación más rápido .
Recuperación del exceso de calor (EHR, por sus siglas en inglés): Durante todo el proceso de fabricación del cemento se genera un montón de calor residual que puede ser fácilmente recuperado y reutilizado .
Reducción de la demanda eléctrica durante la molienda de cemento: A lo largo de la fabricación de cemento, la mayor demanda eléctrica se debe a la molienda de cemento (31% a 44%) . Desde hace 100 años, las plantas utilizan molinos de bolas, para moler el cemento y las materias primas, que consumen aproximadamente 30 kWh por tonelada de material introducido . ¡Esta cantidad de energía podría proveer a una casa típica de Reino Unido durante casi tres días !
Afortunadamente, existen alternativas que consumen menos energía. Los rollos de molienda de alta presión agrietan el cemento cuando este se somete a altas presiones entre los rollos, disgregándose en partículas más pequeñas . En comparación con los molinos de bolas, estos pueden representar un ahorro de energía de 30%-50% . Los molinos de rodillos verticales utilizan un flujo de aire para forzar a las partículas pequeñas a salir del molino mientras que el resto permanece para seguir siendo molido . Estos son capaces de producir partículas más finas que los molinos de bolas y también utilizan un 70% menos de energía .
Sin embargo, estas tecnologías se enfrentan a algunos retos de implementación, como altos costes de inversión .
2. Cambio a combustibles alternativos: En la producción de cemento se utiliza combustible para producir calor en los hornos. En un promedio global, el 70% de este combustible procede del carbón, seguido por un 24% del petróleo y el gas natural y menos del 6% de los combustibles alternativos .
Los tipos de combustibles que utiliza la industria del cemento
Necesitamos combustibles físicos que puedan ser introducidos y quemados dentro de los hornos, así que la energía nuclear y eólica no funcionarían, ¡pero la biomasa y los productos residuales, sí! En lugar de combustibles intensivos en carbono, la biomasa y los materiales de residuos pueden ser utilizados en los hornos . En principio, podrían sustituir el 100% de los combustibles utilizados en el horno y hasta el 60% en los calcinadores . ¡Usar estas alternativas a los combustibles fósiles podría prevenir hasta el 42% de las emisiones directas actuales en la industria del cemento !
3. Reducción de la relación clínker/cemento: Producir 1 tonelada de clínker libera alrededor de 0,706 toneladas de CO₂ . Sin embargo, el clínker puede ser sustituido por materiales alternativos con bajas huellas de carbono o incluso cero emisiones netas , como las escorias granuladas de los altos hornos, las cenizas volantes, la puzolana o la piedra caliza .
El uso de estas alternativas depende de muchos factores, principalmente la disponibilidad y el precio. Además, es importante considerar cómo cambiarían las propiedades del cemento usando estas alternativas .
4. Captura, uso y almacenamiento de carbono (CCUS, por sus siglas en inglés): CCUS consiste en capturar CO₂ tal y como se emite y luego comprimirlo en un líquido para almacenarlo en profundidad (CCS) , o para usarlo en la fabricación de nuevos productos (CCU) . Aunque la tecnología CCUS todavía está en fase de prueba industrial, muestra resultados prometedores para su uso en la cadena de suministro de cemento . ¡Los diferentes tipos de tecnología CCUS se tratarán en detalle más adelante en este curso!
5. Cementos de carbono negativo:
Los cementos de carbono negativo tienen el potencial de almacenar más CO₂ del que emiten durante su proceso de fabricación. Una forma de hacerlo es utilizando cementos basados en óxido de magnesio, que podrían absorber y almacenar CO₂ del medio ambiente . ¿Cómo funciona esto?
Como su nombre indica, la materia prima principal en estos cementos es óxido de magnesio (MgO), que se quema para producir un clínker llamado magnesia cáustica calcinada . Cuando esta se hidrata, se convierte en brucita (Mg(OH)₂), un componente que se transforma en carbonato de magnesio (MgCO₃) cuando se expone a la atmósfera; esto significa básicamente que absorbe CO₂ del aire .
Cómo funcionan los cementos basados en magnesio
Aunque esta tecnología todavía se está desarrollando, muestra resultados prometedores para el futuro, ya que ¡podría absorber más CO₂ del que se libera en toda la cadena de producción ! Actualmente, hay muchas empresas que producen interesantes cementos negativos de carbono, como CarbonCure y Novacem .
Conclusión
El hormigón es un material muy importante y ampliamente utilizado, cuya producción contribuye mucho a las emisiones de CO₂ en todo el mundo. Por suerte, como hemos visto, hay muchas vías de descarbonización prometedoras y desarrollos interesantes que se están produciendo (ya sea modificando el proceso de fabricación, utilizando alternativas a sus fuentes de energía y materias primas, o cambiando la composición del propio hormigón), ¡y seguirán surgiendo otros! Con estas ideas, el futuro está claro: la industria de hormigón y del cemento, pueden y deben ser transformadas para cumplir las metas climáticas globales .
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