Fabricación aditiva
Polímero de Arcilla y Cáñamo Impreso en 3D de Secado Rápido para Reemplazar el Hormigón
Límites medioambientales del hormigón: Uso de arena y emisiones de CO₂
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, piedra y madera, gracias a su bajo costo, facilidad de uso y escalabilidad.
Pero no está exento de problemas.
En primer lugar, está lejos de ser un producto sostenible en cuanto al consumo de recursos. Utiliza enormes cantidades de arena, hasta el punto de que informes sugieren que el mundo está “agotando la arena”.
Fuente: Visual Capitalist
La producción de cemento también es una actividad muy intensiva en energía. Se alimenta casi exclusivamente con combustibles fósiles, lo que hace que la producción de cemento sea responsable del 8 % de las emisiones mundiales de CO₂.
Esto es comparable a las emisiones de automóviles 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 convertir todos los automóviles del mundo a vehículos eléctricos y alimentarlos únicamente con energía verde.
Cómo la impresión 3D de arcilla y cáñamo crea una alternativa de hormigón bajo en carbono
Paralelamente a la búsqueda de alternativas más verdes al hormigón tradicional, surgió la idea de usar principios de impresión 3D para construir casas.
En lugar de métodos laboriosos como la albañilería, una máquina de impresión 3D automatizada puede ensamblar paredes rápidamente.
Sin embargo, imprimir las paredes no elimina el largo tiempo de curado requerido para el hormigón; sigue habiendo 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 ahora un sustituto del hormigón que es significativamente menos intensivo en carbono y sigue siendo compatible con la tecnología de impresión 3D.
Publicaron sus resultados en Advanced Composites and Hybrid Materials1 bajo el título “Impresión 3D de infraestructura sostenible usando hormigón de arcilla de fraguado rápido con aditivos biobasados”.
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| Propiedad | Hormigón tradicional de cemento | Hormigón de polímero de arcilla y cáñamo (OSU) | Cemento electrolizador bajo en carbono (Sublime) |
|---|---|---|---|
| Ligante | Cemento Portland, clinker cocido en horno | Ligante polímero basado en acrilamida usando RICFP | Cemento basado en electrolizador fabricado a temperaturas ambiente |
| Contenido biobasado / in situ | Bajo; principalmente agregados extraídos de canteras | ≈75 % arcilla, arena, fibras de cáñamo, 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 3D | Perfil de alta resistencia temprana aún en escalado y pruebas |
| Días para alcanzar resistencia estructural de 17–24 MPa | Normalmente hasta 28 días | ≈3 días para superar 17 MPa | Objetivo similar o mejor, varía según la mezcla y la planta |
| Tiempo total de curado | ≈28 días | ≈8–14 días (más de 40 MPa) | Específico de planta; diseñado para evitar el proceso de horno |
| Huella de CO₂ vs cemento Portland ordinario | Alta (hornos y emisiones del proceso) | Más baja, gracias a los agregados biobasados y sin horno de cemento | Diseñado para ser sustancialmente menor al evitar la calcinación de piedra caliza |
| Capacidad de impresión 3D | Requiere soportes, curado más lento, voladizos limitados | Puede imprimir voladizos y huecos autoportantes sin soportes | Etapa temprana; enfoque en producción por lotes de cemento bajo en carbono |
Dentro del polímero de arcilla y cáñamo: RICFP y agregados biobasados
El cemento suele estar compuesto de calcio, silicio, aluminio y hierro, que finalmente se calientan en un horno y se muelen hasta obtener un polvo fino.
En su lugar, los investigadores desarrollaron un material de construcción imprimible en 3D basado en arcilla mediante un método conocido como Polimerización Frontal Catiónica Inducida por Radicales (RICFP).
Se basa en tres componentes químicos clave:
- Un monómero que polimeriza en presencia de un radical libre.
- Un entrecruzador que une las cadenas poliméricas.
- Un iniciador que, a alta temperatura, libera los radicales libres necesarios para iniciar la polimerización.
Los investigadores lograron esto combinando el ligante RICFP con agregado de arcilla, arena, biochar y fibra de cáñamo para mejorar la resistencia a la compresión, el aislamiento y la sostenibilidad. A esto se añadió un ligante hecho de monómero de acrilamida (ACR), entrecruzador de metilenbisacrilamida (MBA) y persulfato de amonio (APS).
En total, esto permitió usar entre 70 % y 80 % de materiales biobasados por peso.
Mayor resistencia y curado más rápido que el hormigón tradicional
La principal mejora que este material aporta en comparación con el hormigón es una mayor resistencia, especialmente inmediatamente después de la impresión 3D.
Con una resistencia construible de 3 megapascales (MPa), permite la construcción de paredes multicapa y voladizos autoportantes como techos.
Esta resistencia aumenta con el tiempo, creando un edificio final muy sólido.
“Supera los 17 megapascales, la resistencia requerida para el hormigón estructural residencial, en solo tres días, comparado con hasta 28 días para el hormigón tradicional a base de cemento.”
Devin Roach – Profesor asistente de Ingeniería Mecánica, Colegio de Ingeniería de OSU
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. Cura completamente en menos de dos semanas, en comparación con alrededor de 28 días para el hormigón tradicional a base de cemento.
Los investigadores también probaron diferentes métodos de construcción mediante impresión 3D. Demostraron que la mayor resistencia y la rápida polimerización 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 extra o métodos especiales con la impresión 3D de hormigón.
“La capacidad del material para imprimir estructuras autoportantes sin el uso de soportes, incluyendo diversas y únicas capacidades de impresión con hormigón que polimeriza frontalmente.”
Qué podría significar la impresión 3D de arcilla y cáñamo para los edificios del futuro
Aunque las casas y materiales de construcción impresos en 3D inicialmente utilizaban hormigón, es probable que este novedoso método de construcción se beneficie de nuevos materiales.
Por ahora, al estar todavía en una fase experimental, el material basado en arcilla‑cáñamo‑biochar es más caro que el hormigón.
Pero una mayor refinación y la reducción de costos de construcción, gracias a las eficiencias de la impresión 3D, deberían finalmente ponerlo al nivel de los materiales tradicionales.
Además, la huella de carbono superior podría ser un factor decisivo si los impuestos al carbono comienzan a impactar fuertemente los costos del cemento.
Inversión en la producción de cemento
Conclusión para inversores – Impresión 3D de arcilla y cáñamo & CRH
El hormigón de polímero de arcilla‑cáñamo aún está en fase de laboratorio y piloto, pero se sitúa en la corriente de tres fuerzas poderosas: descarbonización de la construcción, edificios impresos en 3D automatizados y materiales de curado rápido que comprimen los plazos de los proyectos. La mezcla de la Universidad Estatal de Oregón muestra cómo los agregados biobasados y la química de polímeros pueden ofrecer resistencia estructural en días en lugar de semanas, con una huella de CO₂ mucho menor que el cemento tradicional. Para los inversores de mercado público, CRH es una de las vías más claras para obtener exposición a esta transición. La compañía es el mayor reciclador de América del Norte, ya ha comenzado a reducir las emisiones de cemento con combustibles alternativos, y está destinando capital a innovadores de cemento bajo en 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 3D escalan comercialmente, los incumbentes con distribución global, capital y relaciones regulatorias —como CRH— están mejor posicionados para liderar la transición en lugar de ser interrumpidos por ella.
CRH: Un líder sostenible en cemento y jugada de descarbonización
(CRH )
Como uno de los líderes mundiales en producción de cemento, CRH será fundamental para convertir la construcción con cemento en una industria más sostenible. Se ubica en el puesto #1 en volumen total de material de construcción suministrado tanto en los mercados de EE. UU. como en Europa.
La compañía está activa en 28 países y 3.390 ubicaciones, empleando a 78.500 personas, con CRH Americas generando el 65 % de sus ventas globales en 2023.
CRH anticipa un gasto robusto por parte de los gobiernos occidentales en infraestructura para impulsar su negocio. Las tendencias de reindustrialización y de relocalización de la fabricación de alta tecnología también deberían ayudar.
Fuente: CRH
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 (comparado con las emisiones de 2021).
Esto es loable en sí mismo, pero puede verse como poco y tarde, considerando las emisiones de carbono de la industria del hormigón.
Afortunadamente, CRH también es impulsor de cambios más fundamentales en el sector. Notablemente, ha invertido 75 M USD 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 produce cemento a temperaturas ambiente, reemplazando 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 entrada de piedra caliza.
Se espera que la primera instalación comercial de Sublime en Holyoke abra sus puertas tan pronto como 2026. Si tiene éxito, podría ser el verdadero cambio de juego para la industria del cemento y abrir el camino a un hormigón de bajas emisiones escalable.
CRH también invirtió en otras startups de descarbonización y sostenibilidad:
- 23,7 M € en Cool Planet Technologies, que desarrolla soluciones de captura de carbono para industrias tradicionalmente difíciles de descarbonizar.
- 34,7 M USD 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 industriales y minerales, como cemento, plásticos, productos de consumo, fertilizantes y productos farmacéuticos.
- AICrete, una plataforma “receta‑como‑servicio” que colabora 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.
Por último, CRH también está invirtiendo en impresión 3D de hormigón (3DCP) a través de su subsidiaria Amerimix.
En conjunto, CRH es un líder rentable en la industria del hormigón y la construcción y está muy activamente preparándose para 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, incluida la descarbonización y la impresión 3D.
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Estudio Referenciado
1. Nicolas A. Gonsalves et al,. Impresión 3D de infraestructura sostenible usando hormigón de arcilla de fraguado rápido con aditivos biobasados. Advanced Composites and Hybrid Materials. Volume 8. 01 octubre de 2025. https://link.springer.com/article/10.1007/s42114-025-01456-1
