Sostenibilidad
El Hormigón Fue, Es y Seguirá Siendo un Material Estructural Crítico – ¿Cómo Podemos Superar sus Limitaciones?
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Limitaciones del Hormigón
El hormigón se ha convertido en el material central de la construcción en las últimas décadas, especialmente en entornos urbanos densos. Ha reemplazado progresivamente a ladrillos, piedras y madera, gracias a su bajo costo, facilidad de uso y escalabilidad.
Pero no está exento de problemas.
Sostenibilidad
En primer lugar, está lejos de ser un producto sostenible en cuanto a los recursos que consume. Consume enormes cantidades de arena, al punto que se ha descrito que el mundo se está “quedando sin arena”.
Fuente: Visual Capitalist
La producción de cemento también es una actividad muy intensiva en energía. Además, está casi exclusivamente impulsada por combustibles fósiles, lo que hace que la producción de cemento sea responsable del 8 % de las emisiones de CO₂ del mundo.
Esto puede compararse con las emisiones de CO₂ de automóviles y furgonetas, que son responsables del 10 % de las emisiones globales del mundo. Por lo tanto, hacer que el hormigón sea más sostenible tendría un impacto comparable a convertir todos los automóviles del mundo en vehículos eléctricos y alimentarlos únicamente con energía verde.
Durabilidad
Si los edificios de hormigón duraran siglos, al menos podríamos considerar que el consumo de arena y las emisiones de CO₂ fueron algo hecho una vez y para siempre, con la construcción permaneciendo mucho tiempo después.
Pero esto está lejos de ser el caso. Los edificios de hormigón armado, la mayor parte de lo que se construye hoy, tienen una vida útil promedio de solo 50‑100 años. Luego deben ser demolidos por completo, los escombros retirados y enterrados en algún lugar, y reconstruidos desde cero.
Nuevas Tecnologías del Hormón
Esta combinación de altos costos ambientales y falta de durabilidad significa que el hormigón necesita mejoras. Por supuesto, podríamos teóricamente volver a usar únicamente piedra, arcilla y madera como materiales básicos de construcción. Sin embargo, la practicidad y el bajo costo del hormigón hacen que sea muy difícil desplazarlo de su posición como material preferido por los arquitectos.
Eliminando el Acero
El culpable central de la baja durabilidad del hormigón moderno es la barra de refuerzo de acero (rebar) insertada en él. La barra de acero proporciona importantes ventajas estructurales, al mejorar radicalmente la resistencia a la tracción del hormigón (la capacidad de resistir ser tirado o estirado).
El problema es que el acero, que está mayormente hecho de hierro, eventualmente se oxida. Cuando se oxida, se expande, provocando que el hormigón a su alrededor se agriete. Esto se conoce a menudo como cáncer del hormigón, y es la razón por la que el hormigón armado dura solo un tiempo limitado.
Fuente: USNW Sydney
Hormigón con Grafeno
A medida que inventamos nuevos materiales, pueden aplicarse nuevas soluciones al hormigón. Al añadir grafeno al hormigón, un material 2D excepcional, investigadores de la Universidad de Virginia han logrado mejorar el rendimiento del hormigón, haciéndolo más duradero y reduciendo las emisiones de carbono.
Se publicó en el Journal of Building Engineering bajo el título “Rheological, mechanical, and environmental performance of printable graphene-enhanced cementitious composites with limestone and calcined clay.”
Se centraron en el hormigón usado en métodos de impresión 3D, un tema que cubrimos con más detalle en “Home Ownership is More Prohibitive than Ever Before in North America – Can 3D Printing Change This?”.
El hormigón LC2 mejorado con grafeno podría reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en aproximadamente un 31 % en comparación con las mezclas tradicionales de hormigón imprimible. Esto se debe a que, en lugar de usar acero, que es un gran emisor de carbono al producirse, utilizaron grafeno, que está hecho de carbono puro. Así, al menos en la parte de refuerzo, este nuevo hormigón captura carbono en lugar de emitirlo.
Aún así, la parte del cemento sigue siendo un proceso intensivo en carbono, pero es un buen primer paso.
Y como el grafeno es mucho más estable y no se oxida (no se corroe), este tipo de hormigón debería estar a salvo del cáncer del hormigón. Si el edificio resultante dura mucho más, significará muchas menos emisiones a largo plazo.
Barra de Hemp
Los materiales avanzados como el grafeno pueden no ser la única opción. Esto es positivo, ya que el grafeno es, por ahora, bastante caro, lo que podría obstaculizar la comercialización de estos hormigones de alto rendimiento y bajas emisiones.
El cáñamo (la especie no psicoactiva de las plantas de cannabis) se usa cada vez más en materiales de construcción. Cuando se procesa adecuadamente, puede convertirse en material aislante, bloques de cáñamo para pequeñas construcciones e incluso hemcrete (cáñamo + hormigón).
Fuente: 2050 Materials
También podría moldearse en barra de refuerzo para hormigón bajo la forma de Composite de refuerzo termoplástico de fibra natural (NFRT), o barra de cáñamo, mezclando cuerda a base de cáñamo con una funda termoplástica.
Fuente: CASE
Como el cáñamo es una fibra vegetal, es carbono‑negativo, atrapando carbono atmosférico. Además, el cáñamo es muy resistente y no inflamable.
Hormigón Autocurativo
No todo el hormigón dura solo unas décadas. Algunas formas de hormigón han sido realmente resistentes, durando milenios, desde el Imperio Romano. Por ejemplo, el famoso Panteón es la cúpula de hormigón no reforzado más grande del mundo y fue construida en el año 128 d.C.
La primera clave es que esas estructuras de hormigón no utilizaban ninguna barra de refuerzo. También se fabricaron con materiales especiales, como rocas volcánicas y cenizas, que hacían que el hormigón fuera algo autocurativo.
Así que, aunque no sea perfectamente escalable, ya que las rocas volcánicas no son tan abundantes como la arena, podría ser una opción para muchas construcciones que realmente no necesitan refuerzo y que es poco probable que requieran una reconstrucción.
Calentamiento del Hormigón
Además de la corrosión, otro factor que puede dañar los edificios de hormigón son los ciclos de congelación‑descongelación en invierno. Cada vez que el agua se congela y se expande, astilla un poco el hormigón o provoca grietas. Con el tiempo, esto puede derivar en daños cada vez más graves.
En “Self-Heating Concrete Could Help our Roads, Aquifers, and Wallets”, exploramos cómo los materiales de cambio de fase a baja temperatura (PCM) pueden incorporarse en microcápsulas de parafina y mezclarse directamente en el hormigón.
Esto podría ayudar a mantener el hormigón libre de escarcha a temperaturas alrededor de 0 °C y reducir la necesidad de mantenimiento de carreteras en invierno.
Cemento Libre de Carbono
Dado que las emisiones de carbono del cemento son casi tan altas como las de los automóviles, se necesita una mejora importante para reducir o eliminar completamente las emisiones asociadas, lo cual es más fácil decirlo que hacerlo.
Energía Verde
Como la producción de cemento requiere mucho calor, necesitamos ver el desarrollo de alternativas eléctricas o térmicas a los hornos y calcinadores basados en combustibles fósiles.
No es necesariamente una tarea técnica muy compleja, pero ver a toda la industria cambiar su equipamiento y adoptar esta nueva tecnología llevará tiempo.
Además, las alternativas eléctricas a los procesos industriales basados en combustibles fósiles son tan verdes como la electricidad que utilizan. Por lo tanto, también se requiere un suministro constante de electricidad libre de carbono.
Emisiones Relacionadas con la Piedra Caliza
Un gran problema al eliminar las emisiones de carbono de la producción de cemento es que no todas las emisiones provienen de la energía consumida. Si fuera así, basta con usar electricidad verde para calentar la piedra caliza y producir cemento.
Pero la propia piedra caliza, la materia prima base del cemento, es emisora de CO₂, siguiendo esta fórmula (con Δ=calor): CaCO3 + Δ → CaO + CO2 en un proceso llamado calcinación.
Sin embargo, existen algunas alternativas:
- Reemplazar la piedra caliza: usando silicato de calcio, en lugar de carbonato de calcio (piedra caliza), la empresa Brimstone propone crear cemento libre de carbono.
- Como el silicato de calcio es un mineral muy abundante, esto es principalmente una cuestión de desarrollar la tecnología y hacerla competitiva comercialmente.
- Captura de carbono: dado que la mayoría de las instalaciones productoras de cemento utilizan calcinadores y piedra caliza basados en combustibles fósiles, podría ser más fácil capturar las emisiones que evitarlas.
- Una primera planta piloto que produce cemento de esta manera ya está en operación en Noruega y podría servir como modelo a seguir.
Empresa de Cemento Sostenible
CRH Gráfico de precios
Como uno de los líderes mundiales en producción de cemento, CRH será fundamental para convertir la construcción con cemento en una industria más sostenible. Es el número 1 en volumen total de material de construcción suministrado tanto en los mercados de EE. UU. como en Europa.
La compañía está presente en 28 países y 3 390 ubicaciones, emplea a 78 500 personas, y CRH Americas representa el 65 % de sus ventas globales de 2023.
Se espera que el sólido gasto de los gobiernos occidentales en infraestructura ayude a crecer su negocio. Las tendencias de reindustrialización y de relocalización de la fabricación de alta tecnología también deberían contribuir.
Sostenibilidad
CRH ha realizado avances serios en sostenibilidad con una serie de iniciativas:
- Es el mayor reciclador de América del Norte, con 43,9 millones de toneladas de residuos y subproductos de otras industrias reciclados en 2023.
- Redujo sus emisiones de CO₂ en un 8 % en 2023, gracias al uso de un 36 % de combustibles alternativos en sus plantas de cemento.
- Apunta a una reducción de emisiones del 30 % para 2030 (en comparación con las emisiones de 2021).
Esto es loable en sí mismo, pero puede verse como demasiado poco, demasiado tarde.
Afortunadamente, CRH también es impulsor de cambios más fundamentales en la industria. En particular, ha invertido 75 millones de dólares en la empresa de cemento bajo en carbono Sublime, junto con el gigante europeo del hormigón Holcim.
Sublime Systems se escindió del MIT en 2020 para utilizar un electrolizador que produzca cemento a temperaturas ambiente, sustituyendo los hornos intensivos en energía y combustibles fósiles. También permite el uso de fuentes de calcio como materia prima, evitando la liberación de CO₂ proveniente de la piedra caliza.
Se espera que la primera instalación comercial de Sublime en Holyoke abra sus puertas tan pronto como 2026. Si se demuestra exitosa, podría ser el verdadero cambio de juego para la industria del cemento y abrir el camino a un hormigón de bajas emisiones escalable.
“Sublime es una fuerza disruptiva en la fabricación de cemento. Su tecnología única atraviesa todo el proceso de producción, desde el uso de electricidad limpia hasta materias primas libres de carbono. Estamos entusiasmados con su potencial y encantados de asociarnos para llevarla al mercado a gran escala. Esta inversión está totalmente alineada con la estrategia de Holcim para acelerar la descarbonización de la construcción mediante la ampliación de las tecnologías más innovadoras.”
Oficial Nollaig Forrest – Chief Sustainability de Holcim
CRH también invirtió en otras startups de descarbonización y sostenibilidad:
- 23,7 millones de euros en Cool Planet Technologies, que desarrolla soluciones de captura de carbono para industrias que tradicionalmente han sido difíciles de descarbonizar.
- 34,7 millones de dólares por parte de CRH y otros inversores en Carbon Upcycling Technologies, que utiliza una solución de mineralización totalmente eléctrica para almacenar permanentemente CO₂ en subproductos y minerales industriales, como cemento, plásticos, productos de consumo, fertilizantes y productos farmacéuticos.
- AICrete, una plataforma de “receta‑como‑servicio” que trabaja con productores locales de hormigón, optimizando materiales locales y minimizando la cantidad de cemento usado mediante análisis de IA, reduciendo tanto la huella de CO₂ como el costo de producción del hormigón.
- La financiación Serie B de FIDO AI, una startup que usa IA para reducir el consumo de agua y aumentar el ahorro hídrico.
En conjunto, CRH es un líder rentable en la industria del hormigón y está preparando activamente la descarbonización del sector, tanto directamente en sus instalaciones existentes como siendo un proveedor principal de capital para startups innovadoras que crean la próxima generación de tecnología de producción de cemento y hormigón.
