Hormigón limpio: hacer sostenible la construcción de la sociedad

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Actualizado el Sun Aug 29 2021

¿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:

¿Qué afirmación sobre el hormigón crees que es cierta?


De hecho, después del agua, el hormigón es el material más usado en el planeta. Desafortunadamente, debido a su proceso de fabricación, esto significa que la producción de hormigón es responsable de un considerable 8% de las emisiones globales de CO₂.

El hormigón es el segundo material más utilizado del planeta

¿Cómo se hace el hormigón?

¿De qué está hecho 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?

¿Cuáles de los siguientes son ejemplos de los impactos ambientales de la producción de hormigón y cemento? Selecciona todas las respuestas correctas.


Todos estos son impactos de la industria del hormigón y el 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.
  • Impactos regionales: Durante la fabricación del cemento, la quema de combustible emite dióxido de azufre (SO₂) y óxidos de nitrógeno (NOx), dos de los principales contribuyentes a la lluvia ácida.
  • A escala global: En un promedio global, la producción de 1 kg de cemento genera aproximadamente 0,81 kg de CO₂.

¿Cuál es la principal fuente de emisiones de gases de efecto invernadero en la fabricación de hormigón?


Sorprendentemente, la mayor parte de su impacto procede de la fabricación de cemento, que representa el 90% de las emisiones del hormigón.

Entre el 30% y el 40% de las emisiones directas de CO₂ provienen de la quema de combustibles para la producción de calor y electricidad, entre el 50% y 70% son liberados de la piedra caliza durante el proceso de calcinación de cemento (fabricación de cemento), proceso descrito arriba. Las emisiones restantes (hasta un 10%) se consideran emisiones indirectas y generalmente son causadas por el 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?

¿Cuánto deben reducirse las emisiones de CO₂ en la industria del hormigón para 2050, para evitar un aumento de la temperatura global por encima de 2 °C?


De conformidad con 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.

Las soluciones más prometedoras incluyen:

  • Mejoras en la eficiencia energética
  • Utilizar 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 de cemento podrían reducir las emisiones de CO₂ hasta en un 12%. Alrededor del 65% de la demanda de energía térmica proviene del horno, donde la energía térmica se absorbe por las reacciones necesarias para transformar la caliza en clínker, mientras que el ~35% restante se usa para secar la caliza.

¿Cómo podemos reducir la demanda de energía? Hay un par de opciones:

Reduciendo la demanda energética del hormigón

Hornos de proceso seco: La caliza se expone a un precalentador de secado prolongado para reducir su contenido de humedad. De esta forma, se necesita menos calor para evaporar el agua y la caliza puede someterse a calcinación más rápido.

Recuperación de calor residual (EHR): Durante todo el proceso de fabricación del cemento hay un montón de calor residual que puede recolectarse y reutilizarse fácilmente.

Reduciendo la demanda eléctrica en la molienda de cemento: A lo largo de la fabricación de cemento, la mayor demanda eléctrica viene de la molienda de cemento (31% a 44%). Durante los últimos 100 años, las plantas han utilizado molinos de bolas para moler cemento y materias primas, lo que consume aproximadamente 30 kWh por tonelada de material alimentado. ¡Esta cantidad de energía podría alimentar el hogar británico promedio durante casi tres días!

Afortunadamente, existen alternativas que consumen menos energía. Los rollos de molienda de alta presión (HPGR, por sus siglas en inglés) agrietan el cemento cuando se exponen a altas presiones entre dos rollos, esto crea partículas más pequeñas. En comparación con los molinos de bolas, los HPGR puede representar un ahorro de energía de 30% - 50%. Los molinos de rollos verticales (VRM, por sus siglas en inglés) utilizan un flujo de aire para forzar a las partículas pequeñas a dejar el molino mientras que el resto permanece para seguir la molienda. Los VRM 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 desafíos de implementación, por ejemplo un alto costo de inversión.

2. Cambiando a combustibles alternativos: En la producción de cemento, el combustible se utiliza para producir calor en el horno y el calcinador. En promedio global, el 70% de este combustible proviene del carbón, seguido por un 24% del petróleo y el gas natural y menos del 6% de los combustibles alternativos.

¿Qué combustibles alternativos podrían utilizarse para alimentar los hornos? Selecciona todos los que correspondan.


Los tipos de combustibles que utiliza la industria del cemento

Necesitamos combustibles físicos que puedan ser alimentados y quemados dentro del horno y el calcinador, por lo que la energía nuclear y eólica no funcionarán, ¡pero la biomasa y los productos residuales pueden! En lugar de combustibles intensivos en carbono, la biomasa y los materiales de desecho pueden ser alimentados al horno y al calcinador. 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 entre el clínker y cemento: La producción de 1 tonelada de clínker libera alrededor de 0,706 toneladas de CO₂. Sin embargo, el clínker puede ser sustituida por materiales alternativos con bajas huellas de carbono o, incluso, cero emisiones netas, como la escoria granulada de alto horno (EGAH), las cenizas volantes (CV), la puzolana y la piedra caliza.

El uso de estas alternativas depende de muchos factores, principalmente la disponibilidad y el precio. Además, es importante considerar cómo estas alternativas cambiarán las propiedades del cemento.

4. Captura, almacenamiento y uso del carbono (CCUS): CCUS consiste en capturar CO₂ tal como se emite y luego comprimirlo en un líquido para almacenarlo en profundidad bajo tierra (CCS) o usarlo para fabricar nuevos productos (CCU). Aunque la tecnología CCUS todavía está en fase de ensayo 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:

¿Qué son los cementos de carbono negativo?


¡Los cementos de carbono negativo tienen el potencial de almacenar más CO₂ del que se emite durante el proceso de fabricación! Una forma de hacerlo es utilizando cementos basados en óxido de magnesio, que podrían absorber y almacenar CO₂ del ambiente. ¿Cómo funciona esto?

Como su nombre indica, la materia prima principal de estos cementos es el óxido de magnesio (MgO), que se quema para producir un clínker (producto de la calcinación) llamado magnesia cáustica calcinada (CCM). Cuando la CCM se hidrata, se convierte en brucita (Mg(OH)₂), un componente que se transforma a carbonato de magnesio (MgCO₃) cuando se expone a la atmósfera. Básicamente, ¡esto significa 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 permitir 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 se están produciendo desarrollos interesantes (ya sea modificaciones al proceso de fabricación, uso de fuentes de energía y materias primas alternativas, o cambios en 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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