Al utilizar agua carbonatada en lugar de agua sin gas en el proceso de fabricación del hormigón, un equipo de ingenieros dirigidos por la Universidad Northwestern ha descubierto una nueva forma de almacenar dióxido de carbono (CO).2) en el omnipresente material de construcción.
El nuevo proceso no sólo podría ayudar a secuestrar CO2 A partir de una atmósfera cada vez más cálida, también crea hormigón con una resistencia y durabilidad sin concesiones.
En experimentos de laboratorio, el proceso alcanzó CO2 eficiencia de secuestro de hasta el 45%, lo que significa que casi la mitad del CO2 Los insumos durante la producción de concreto fueron capturados y almacenados. Los investigadores esperan que su nuevo proceso pueda ayudar a compensar el CO2 emisiones de la industria del cemento y el hormigón, que representan el 8% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.
El estudio fue publicado hoy (26 de junio). Materiales de comunicaciónRevista publicada por Nature Portfolio.
«La industria del cemento y el hormigón contribuye significativamente al CO2 producido por el hombre2 emisiones», dijo el líder del estudio Alessandro Rota Loria de Northwestern. «Estamos tratando de desarrollar enfoques que reduzcan el CO2 emisiones asociadas con estas industrias y eventualmente podrían convertir el cemento y el concreto en enormes «sumideros de carbono». Aún no hemos llegado a ese punto, pero ahora tenemos un nuevo método para reutilizar parte del CO2 emisiones procedentes de la producción de hormigón del mismo material. Y nuestra solución es tan simple desde el punto de vista tecnológico que debería ser relativamente fácil de implementar para la industria».
«Más interesante aún, este enfoque para acelerar y acentuar la carbonatación de materiales a base de cemento brinda una oportunidad para desarrollar nuevos productos de clinker en los que CO2 se convierte en un componente clave», dijo el coautor del estudio Davide Zampini, vicepresidente de investigación y desarrollo global de CEMEX.
Ruth Laurie es profesora adjunta Louis Berger de Ingeniería Civil y Ambiental en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. La investigación se llevó a cabo en colaboración entre el laboratorio de Rotta Loria y CEMEX, una empresa global de materiales de construcción dedicada a la construcción sustentable.
Limitaciones de procesos anteriores
El hormigón, una parte no negociable de la infraestructura, es uno de los materiales más consumidos en el mundo, sólo superado por el agua. Para fabricar hormigón en su forma más simple, los trabajadores combinan agua, agregados finos (como arena), agregados gruesos (como grava) y cemento, que une todos los ingredientes. Desde la década de 1970, investigadores anteriores han estudiado diferentes formas de almacenar CO2 dentro del concreto.
«La idea es que el cemento ya esté reaccionando con el CO2«, explicó Rota Loria. «Por lo tanto, las estructuras de hormigón absorben CO de forma natural.2. Pero, por supuesto, el CO absorbido2 es una pequeña fracción de CO2 emisiones al producir el cemento necesario para fabricar hormigón».
Procesos para el almacenamiento de CO2 Se puede dividir en una de dos categorías: carbonatación de hormigón endurecido o carbonatación de hormigón fresco. En el enfoque templado, los bloques sólidos de concreto se colocan en cámaras donde el CO2 El gas se inyecta a alta presión. En la nueva versión, los trabajadores se inyectan CO2 gas en una mezcla de agua, cemento y agregados durante la producción de concreto.
En ambos enfoques, una fracción del CO inyectado2 Reacciona con el cemento para convertirse en cristales duros de carbonato de calcio. Sin embargo, ambos métodos comparten limitaciones de infracción de transacciones. Son inhibidos por niveles bajos de CO.2 Eficiencia de captura y alto consumo de energía. Peor aún: el hormigón resultante suele estar debilitado, lo que dificulta su uso.
Poder sin concesiones
En el nuevo enfoque de Northwestern, los investigadores utilizaron un proceso para carbonizar el hormigón fresco. Pero en lugar de entrar en CO2 mezclando todos los ingredientes, primero inyectaron CO2 El gas se mezcla con una pequeña cantidad de cemento en polvo en agua. Después de mezclar esta lechada aireada con el resto del cemento y los áridos, se produjo un hormigón que realmente absorbió CO.2 durante su producción.
«En nuestro enfoque, la lechada de cemento carbonizado es un fluido de viscosidad mucho menor en comparación con la mezcla de agua, cemento y agregados comúnmente utilizados en los enfoques actuales de concreto fresco», dijo Roth Laurie. «Así que podemos mezclarlo muy rápidamente y aprovechar la cinética de reacción química muy rápida que produce minerales de carbonato de calcio. El resultado es un producto concreto con una concentración significativa de minerales de carbonato de calcio en comparación con el CO2 se inyecta en la mezcla de hormigón fresco.»
Después de analizar el hormigón celular, Rotta Loria y sus colegas descubrieron que su resistencia rivaliza con la del hormigón ordinario.
«Una limitación típica de los métodos de carbonización es que la durabilidad a menudo se ve afectada por reacciones químicas», dijo. «Pero basándonos en nuestros experimentos, demostramos que la fuerza podría ser incluso mayor. Todavía tenemos que probarlo más a fondo, pero al menos podemos decir que no hay compromiso. Como la fuerza es constante, las aplicaciones tampoco funcionan. Se puede utilizar en vigas, losas, columnas, cimientos, todo para lo que utilizamos el hormigón actualmente.
«Los resultados de este estudio destacan que, aunque la carbonatación de materiales a base de cemento es una reacción bien conocida, todavía hay margen para una mayor optimización del CO.2 uso mediante una mejor comprensión de los mecanismos involucrados en el manejo de materiales», dijo Zampini.
El estudio «Almacenamiento de CO2 sino fortaleciendo el concreto carbonizando su cemento en suspensión», apoyó SIA CEMEX Innovation Holding.
