Fabricación aditiva
Secado Rápido de Polímero de Arcilla-Canamo Impreso en 3D para Reemplazar el Hormigón
Los Límites Ambientales del Hormigón: Uso de Arena y Emisiones de CO₂
El hormigón se ha convertido en el material central en la construcción en las últimas décadas, especialmente en entornos urbanos densos. Ha reemplazado progresivamente los ladrillos, la piedra y la madera, gracias a su bajo costo, facilidad de uso y escalabilidad.
Pero no está exento de problemas.
En primer lugar, no es un producto sostenible cuando se trata de consumo de recursos. Utiliza cantidades tremendas de arena, hasta el punto de que los informes sugieren que el mundo se está “quedando sin arena”.
Fuente: Visual Capitalist
La producción de cemento también es una actividad muy intensiva en términos de energía. Está casi exclusivamente alimentada por combustibles fósiles, lo que resulta en que la producción de cemento es responsable del 8% de las emisiones de CO₂ del mundo.
Esto es comparable a las emisiones de los coches y furgonetas, que son responsables del 10% de las emisiones globales. En consecuencia, hacer que el hormigón sea más sostenible tendría un impacto similar al de transitar todos los coches del mundo a vehículos eléctricos y alimentarlos solo con energía verde.
Cómo la Impresión en 3D de Arcilla-Canamo Crea una Alternativa de Hormigón de Bajo Carbono
Paralelamente a la búsqueda de alternativas más verdes al hormigón tradicional, surgió la idea de utilizar principios de impresión en 3D para construir casas.
En lugar de métodos laboriosos como la albañilería, una máquina de impresión en 3D automatizada puede ensamblar paredes rápidamente.
Sin embargo, imprimir las paredes no elimina el largo tiempo de curado necesario para el hormigón; todavía hay un período de espera de 28 días antes de que la estructura alcance su resistencia total.
Investigadores de la Universidad Estatal de Oregón han desarrollado un sustituto del hormigón que es significativamente menos intensivo en carbono y compatible con la tecnología de impresión en 3D.
Publicaron sus resultados en Advanced Composites and Hybrid Materials1 bajo el título “Impresión en 3D de infraestructura sostenible utilizando hormigón de arcilla de curado rápido con aditivos bio-basados.”
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| Propiedad | Hormigón de Cemento Tradicional | Hormigón de Polímero de Arcilla-Canamo (OSU) | Cemento de Electrolizador de Bajo Carbono (Sublime) |
|---|---|---|---|
| Agente de unión | Cemento de Portland, clínker de horno | Agente de unión de polímero basado en acrilamida utilizando RICFP | Cemento basado en electrolizador producido a temperaturas ambientales |
| Contenido bio-basado / in-situ | Bajo; principalmente agregados extraídos | ≈75% de arcilla, arena, fibras de canamo y biochar por peso | Depende de fuentes locales de calcio (subproductos industriales, rocas) |
| Resistencia inmediatamente después de la colocación | Efectivamente 0 MPa; requiere encofrado | ≈3 MPa justo después de la impresión en 3D | Perfil de resistencia temprana aún en prueba y escalado |
| Días para alcanzar una resistencia estructural de 17-24 MPa | Típicamente hasta 28 días | ≈3 días para superar los 17 MPa | Objetivo similar o mejor, varía según la mezcla y la planta |
| Tiempo de curado completo | ≈28 días | ≈8-14 días (más de 40 MPa) | Depende de la planta; diseñado para evitar el proceso de horno |
| Huella de carbono vs cemento de Portland ordinario | Alta (hornos y emisiones de proceso) | Más baja, gracias a los agregados bio-basados y no al horno de cemento | Diseñado para ser sustancialmente más bajo al evitar la calcinación de la piedra caliza |
| Capacidad de impresión en 3D | Requiere soportes, curado más lento, limitaciones en las salidas | Puede imprimir salidas y brechas sin soporte | Etapa temprana; enfoque en la producción por lotes de cemento de bajo carbono |
Dentro del Polímero de Arcilla-Canamo: RICFP y Agregados Bio-Basados
El cemento está típicamente compuesto por calcio, silicio, aluminio y hierro, que en última instancia se calientan en un horno y se muelen en un polvo fino.
En cambio, los investigadores desarrollaron un material de construcción basado en arcilla impreso en 3D utilizando un método conocido como Polimerización Frontal de Cationes Inducida por Radicales (RICFP).
Depende de tres componentes químicos clave:
- Un monómero que se polimeriza en presencia de un radical libre.
- Un reticulante que enlaza las cadenas de polímero.
- Un iniciador que, bajo alta temperatura, libera los radicales libres necesarios para iniciar la polimerización.
Los investigadores lograron esto combinando el agente de unión RICFP con agregado de arcilla, arena, biochar y fibra de canamo para mejorar la resistencia a la compresión, el aislamiento y la sostenibilidad. A esto se agregó un agente de unión hecho de monómero de acrilamida (ACR), reticulante de metileno bisacrilamida (MBA) e iniciador de persulfato de amonio (APS).
En total, esto logró utilizar 70-80% de materiales bio-basados por peso.
Resistencia Superior y Curado Más Rápido que el Hormigón Tradicional
La principal mejora que ofrece este material en comparación con el hormigón es una mayor resistencia, especialmente inmediatamente después de la impresión en 3D.
Con una resistencia constructible de 3 megapascals (MPa), permite la construcción de paredes de varias capas y salidas como techos.
Esta resistencia aumenta con el tiempo, creando un edificio muy sólido.
“Supera los 17 megapascals, la resistencia requerida para el hormigón estructural residencial, en solo tres días, en comparación con los 28 días del hormigón de cemento tradicional.”
Devin Roach – Profesor Asistente de Ingeniería Mecánica, OSU College of Engineering
Otra ventaja es el tiempo de curado: el material alcanza la resistencia de 17 MPa requerida para el hormigón estructural residencial en solo tres días. Se cura completamente en menos de dos semanas, en comparación con los 28 días del hormigón de cemento tradicional.
Los investigadores también probaron diferentes métodos de construcción de impresión en 3D. Demostraron que una mayor resistencia y una polimerización rápida permiten que la nueva mezcla se imprima sin una estructura subyacente.
Este nuevo método también podría usarse para imprimir puertas y ventanas de forma normal, características que normalmente requieren materiales adicionales o métodos especiales con la impresión en 3D de hormigón.
“La capacidad del material para imprimir estructuras autosoportantes sin el uso de soportes, incluidas varias y únicas capacidades de impresión con hormigón de polimerización frontal.”
Qué Significa la Impresión en 3D de Arcilla-Canamo para los Edificios del Futuro
Aunque las casas y materiales de construcción impresas en 3D inicialmente utilizaron hormigón, es probable que este método de construcción novedoso se beneficie de nuevos materiales.
Por ahora, mientras aún se encuentra en una etapa experimental, el material basado en arcilla-canamo-biochar es más caro que el hormigón.
Pero una mayor refinación y reducción de los costos de construcción, gracias a las eficiencias de la impresión en 3D, deberían hacer que eventualmente esté al mismo nivel que los materiales tradicionales.
Además, la superior huella de carbono podría ser un factor decisivo si los impuestos al carbono comienzan a afectar significativamente los costos del cemento.
Invertir en la Producción de Cemento
Conclusión del Inversionista – Impresión en 3D de Arcilla-Canamo y CRH
El hormigón de polímero de arcilla-canamo todavía se encuentra en el laboratorio y la etapa de prueba, pero se encuentra en la estela de tres fuerzas poderosas: la descarbonización de la construcción, la construcción de edificios automatizados mediante impresión en 3D y materiales de curado rápido que comprimen los plazos de los proyectos. La mezcla de la Universidad Estatal de Oregón muestra cómo los agregados bio-basados y la química de polímeros pueden entregar resistencia estructural en días en lugar de semanas, con una huella de carbono mucho más baja que la del cemento tradicional. Para los inversionistas del mercado público, CRH es una de las formas más claras de obtener exposición a esta transición. La empresa es el mayor reciclador en Norteamérica, ya ha comenzado a reducir las emisiones de cemento con combustibles alternativos y está desplegando capital en innovadores de cemento de bajo carbono como Sublime Systems, tecnologías de captura de carbono y optimización de mezclas impulsada por IA. Si el cemento basado en electrolizador y las mezclas avanzadas de impresión en 3D se escalan comercialmente, los incumbentes con distribución global, capital y relaciones regulatorias, como CRH, están mejor posicionados para poseer la transición en lugar de ser disruptados por ella.
CRH: Un Líder en Cemento Sostenible y Juego de Descarbonización
(CRH )
Como uno de los líderes mundiales en la producción de cemento, CRH será instrumental para convertir la construcción de cemento en una industria más sostenible. Ocupa el puesto #1 en volumen total de material de construcción proporcionado en ambos mercados de EE. UU. y Europa.
La empresa opera en 28 países y 3,390 ubicaciones, emplea a 78,500 personas, con CRH Americas que representa el 65% de las ventas globales de 2023.
CRH espera un gasto robusto por parte de los gobiernos occidentales en infraestructura para ayudar a crecer su negocio. Las tendencias de reindustrialización y la fabricación de alta tecnología en el país también deberían ayudar.
Fuente: CRH
CRH ha hecho progresos significativos en sostenibilidad con una serie de iniciativas:
- Es el mayor reciclador en Norteamérica, con 43.9 millones de toneladas de residuos y subproductos de otras industrias reciclados en 2023.
- Redució sus emisiones de CO₂ en un 8% en 2023, gracias al uso del 36% de combustibles alternativos en sus plantas de cemento.
- Está apuntando a una reducción de emisiones del 30% para 2030 (en comparación con las emisiones de 2021).
Esto es loable en sí mismo, pero se puede ver como demasiado poco, demasiado tarde, considerando las emisiones de carbono de la industria del hormigón.
Afortunadamente, CRH también es un impulsor de cambios más fundamentales en el sector. Notablemente, ha invertido $75M en la empresa de cemento de bajo carbono Sublime, junto con el gigante del hormigón europeo Holcim.
Sublime Systems se escindió de MIT en 2020 para utilizar un electrolizador para producir cemento a temperaturas ambientales, reemplazando los hornos y los combustibles fósiles intensivos en energía. También permite el uso de fuentes de calcio como material de entrada, evitando la liberación de CO₂ de la piedra caliza.
La primera instalación comercial de Sublime en Holyoke se espera que abra tan pronto como 2026. Si se prueba con éxito, podría ser el verdadero juego de cambio para la industria del cemento y podría abrir el camino a un hormigón de emisiones bajas escalable.
CRH también invirtió en otras startups de descarbonización y sostenibilidad:
- €23.7 millones en Cool Planet Technologies, que desarrolla soluciones de captura de carbono para industrias que tradicionalmente han sido difíciles de descarbonizar.
- $34.7M por CRH y otros inversores en Carbon Upcycling Technologies, que utiliza una solución de mineralización eléctrica para almacenar permanentemente el CO₂ en subproductos industriales y minerales, como el cemento, plásticos, productos de consumo, fertilizantes y productos farmacéuticos.
- AICrete, una plataforma de “receta como servicio” que trabaja con productores de hormigón locales, optimizando materiales locales y minimizando la cantidad de cemento utilizada mediante análisis de IA, reduciendo tanto la huella de carbono como el costo de la producción de hormigón.
- Financiación de la Serie B de FIDO AI, una startup que utiliza IA para reducir el consumo de agua y aumentar los ahorros de agua.
Finalmente, CRH también está invirtiendo en la impresión en 3D de hormigón (3DCP) a través de su filial Amerimix.
En general, CRH es un líder rentable en la industria del cemento y la construcción y está muy activo en la preparación para la descarbonización de la industria, tanto directamente en instalaciones existentes como proporcionando capital a startups innovadoras que crean la próxima generación de tecnología de producción de cemento y hormigón, incluida la descarbonización y la impresión en 3D.
Últimas Noticias y Desarrollos de Acciones de CRH (CRH)
Estudio Referenciado
1. Nicolas A. Gonsalves et al,. Impresión en 3D de infraestructura sostenible utilizando hormigón de arcilla de curado rápido con aditivos bio-basados. Advanced Composites and Hybrid Materials. Volumen 8. 01 de octubre de 2025. https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-025-01456-1
