Reemplazar solo uno de los ingredientes principales del concreto con roca volcánica podría reducir las emisiones de carbono de la fabricación del material en casi dos tercios, según un nuevo estudio.
El hormigón nos ha dado el Panteón de Roma, la Ópera de Sídney, la presa Hoover e innumerables monolitos en bloques. La roca artificial cubre nuestras ciudades y carreteras, es la base de parques eólicos y conjuntos de paneles solares, y será vertida por toneladas en proyectos de infraestructura respaldados por inversiones de recuperación de COVID en los Estados Unidos y en el extranjero.
Sin embargo, eso tiene un costo elevado para los esfuerzos para combatir el cambio climático, porque cemento—El elemento aglutinante que se mezcla con arena, grava y agua para hacer concreto— se encuentra entre los mayores contribuyentes industriales al calentamiento global.
“El hormigón es omnipresente porque es uno de los materiales de construcción más asequibles, se manipula fácilmente y se puede moldear en casi cualquier forma”, dice Tiziana Vanorio, profesora asociada de geofísica en la Universidad de Stanford.
Pero la producción de cemento desencadena hasta un 8% de las emisiones anuales de dióxido de carbono relacionadas con la actividad humana, y se espera que la demanda aumente en las próximas décadas a medida que la urbanización y el desarrollo económico impulsen la construcción de nuevos edificios e infraestructura.
“Si vamos a reducir las emisiones de carbono a los niveles necesarios para evitar un cambio climático catastrófico, debemos cambiar la forma en que fabricamos cemento”, dice Vanorio.
Arrecifes de coral, conchas de langosta y camarón mantis
CO del hormigón2 El problema comienza con la piedra caliza, una roca compuesta principalmente de carbonato de calcio. Para hacer cemento Portland, el ingrediente pastoso principal del hormigón moderno, la piedra caliza se extrae, se tritura y se cuece a alta temperatura con arcilla y pequeñas cantidades de otros materiales en hornos gigantes. Generar este calor generalmente implica la quema de carbón u otros combustibles fósiles, lo que representa más de un tercio de las emisiones de carbono asociadas con el concreto.
El calor desencadena una reacción química que produce grumos grises del tamaño de una canica conocidos como escoria de huella, que luego se muelen en el polvo fino que reconocemos como cemento. La reacción también libera carbono que, de otro modo, podría permanecer encerrado en la piedra caliza durante cientos de millones de años. Este paso aporta la mayor parte del CO restante2 emisiones de la producción de hormigón.
Vanorio y sus colegas ahora están creando prototipos de cemento que elimina el CO2-rección química de eructos haciendo clinker con un Roca volcanica que contiene todos los componentes básicos necesarios, pero nada de carbono.
Como material de construcción más utilizado en el planeta, el hormigón ha sido durante mucho tiempo un objetivo de reinvención. Los investigadores y las empresas han encontrado inspiración para nuevas recetas en los arrecifes de coral, las conchas de langosta y los clubes con forma de martillo de camarón mantis. Otros están reemplazando parcialmente el clinker con desechos industriales como cenizas volantes de plantas de carbón o inyectando dióxido de carbono capturado en la mezcla como una forma de reducir el impacto climático del concreto.
El presidente Joe Biden ha pedido que se amplíe la captura de carbono y el uso de combustible de hidrógeno en la fabricación de cemento para ayudar a reducir a la mitad las emisiones de gases de efecto invernadero de Estados Unidos desde los niveles de 2005 para 2030.
Salta la piedra caliza
Vanorio propone eliminar por completo la piedra caliza y comenzar en su lugar con una roca que podría extraerse en muchas regiones volcánicas de todo el mundo. “Podemos tomar esta roca, molerla y luego calentarla para producir clinker utilizando el mismo equipo e infraestructura que se usa actualmente para hacer clinker a partir de piedra caliza”, dice.
El agua caliente mezclada con este clínker bajo en carbono no solo lo transforma en cemento, sino que también promueve el crecimiento de largas cadenas de moléculas entrelazadas que parecen fibras enredadas cuando se miran al microscopio. Existen estructuras similares en rocas cementadas naturalmente en ambientes hidrotermales (lugares donde el agua hirviendo circula justo debajo del suelo) y en puertos romanos de concreto, que han sobrevivido 2,000 años de asalto de agua salada corrosiva y olas violentas donde el concreto moderno típicamente se desmorona en décadas.
Al igual que las barras de refuerzo que se utilizan comúnmente en las estructuras de hormigón modernas para evitar el agrietamiento, estas diminutas fibras minerales combaten la fragilidad habitual del material.
“Al hormigón no le gusta que lo estiren. Sin algún tipo de refuerzo, se romperá antes de que se doble bajo el estrés ”, dice Vanorio, autor principal de artículos recientes sobre microestructuras en hormigón marino romano y sobre el papel de física de rocas en la transición hacia un futuro con bajas emisiones de carbono. La mayor parte del hormigón ahora se refuerza a gran escala con acero.
“Nuestra idea es reforzarlo a nanoescala aprendiendo cómo las microestructuras fibrosas refuerzan eficazmente las rocas y las condiciones naturales que las producen”, dice.
Lecciones de sanación y resiliencia
El proceso que Vanorio prevé para transformar Roca volcanica en concreto se asemeja a la forma en que las rocas cementan en ambientes hidrotermales. A menudo se encuentran alrededor de volcanes y por encima de los límites de las placas tectónicas activas, las condiciones hidrotermales permiten que las rocas reaccionen rápidamente y se recombinen a temperaturas no más altas que las de un horno doméstico, utilizando agua como un poderoso solvente.
Al igual que la piel curada, las grietas y fallas en la capa más externa de la Tierra se unen con el tiempo a través de reacciones entre los minerales y el agua caliente. “La naturaleza ha sido una gran fuente de inspiración para materiales innovadores que imitan la vida biológica”, dice Vanorio. "También podemos inspirarnos en los procesos de la Tierra que permiten la curación y la resiliencia a los daños".
Desde ladrillos y metal forjado hasta vidrio y plásticos, las personas han fabricado materiales durante mucho tiempo utilizando las mismas fuerzas que impulsan el ciclo de las rocas de la Tierra: calor, presión y agua. Numerosos estudios arqueológicos y mineralógicos indican que los antiguos romanos pueden haber aprendido a aprovechar la ceniza volcánica para la receta de hormigón más antigua conocida al verla endurecerse cuando se mezcla naturalmente con agua.
“Hoy tenemos la oportunidad de observar la cementación con la lente de la tecnología del siglo XXI y el conocimiento de los impactos ambientales”, dice Vanorio.
Vanorio se asoció con el profesor de ciencia e ingeniería de materiales Alberto Salleo para ir más allá de imitar la geología y manipular sus procesos para obtener resultados específicos y propiedades mecánicas utilizando ingeniería a nanoescala. “Cada vez es más evidente que el cemento puede diseñarse a nanoescala y también debe estudiarse a esa escala”, dice Salleo.
Aceptando los defectos del hormigón
Muchas de las propiedades del cemento dependen de pequeñas defectos y en la fuerza de los vínculos entre los diferentes componentes, dice Salleo. Las diminutas fibras que crecen y se entrelazan durante la cementación de rocas pulverizadas actúan como cuerdas tensoras, impartiendo fuerza. “Nos gusta decir que los materiales son como las personas: son sus defectos los que los hacen interesantes”, dice.
En 2019, una curiosidad constante sobre el antiguo hormigón que había visto entre las ruinas cuando era niño en Roma llevó a Salleo a acercarse a Vanorio, cuyo propio viaje a la física de las rocas comenzó después de experimentar el dinamismo de la corteza terrestre durante su infancia en un napolitano. ciudad portuaria en el centro de una caldera donde se diseñó por primera vez el hormigón romano.
Desde entonces, Salleo ha llegado a ver el trabajo en un clínker bajo en carbono inspirado en procesos geológicos como un encaje lógico con los proyectos de su grupo relacionados con la sostenibilidad, como las células solares de bajo coste basadas en materiales plásticos y los dispositivos electroquímicos para el almacenamiento de energía.
“Pensar en un clínker bajo en carbono es otra forma de reducir la cantidad de CO2 que enviamos a la atmósfera”, dice. Pero es solo el comienzo. “La Tierra es un laboratorio gigantesco donde los materiales se mezclan a altas temperaturas y altas presiones. ¿Quién sabe cuántas otras estructuras interesantes y útiles en última instancia existen? "
Fuente: Universidad de Stanford
Libros relacionados
Drawdown: El plan más completo que se haya propuesto para revertir el calentamiento global
por Paul Hawken y Tom Steyer
Ante el temor y la apatía generalizados, una coalición internacional de investigadores, profesionales y científicos se han unido para ofrecer un conjunto de soluciones realistas y audaces al cambio climático. Aquí se describen cien técnicas y prácticas, algunas son bien conocidas; algunos de los cuales nunca habrás escuchado. Van desde la energía limpia hasta la educación de las niñas en los países de bajos ingresos hasta las prácticas de uso de la tierra que eliminan el carbono del aire. Las soluciones existen, son económicamente viables y las comunidades de todo el mundo las están implementando con habilidad y determinación. Disponible en Amazon
Diseño de soluciones climáticas: una guía de políticas para la energía baja en carbono
por Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Con los efectos del cambio climático ya sobre nosotros, la necesidad de reducir las emisiones globales de gases de efecto invernadero es nada menos que urgente. Es un desafío abrumador, pero las tecnologías y estrategias para enfrentarlo existen en la actualidad. Un pequeño conjunto de políticas energéticas, bien diseñadas e implementadas, pueden encaminarnos hacia un futuro bajo en carbono. Los sistemas energéticos son grandes y complejos, por lo que la política energética debe ser centrada y rentable. Los enfoques de talla única para todos simplemente no harán el trabajo. Los formuladores de políticas necesitan un recurso claro y completo que describa las políticas energéticas que tendrán el mayor impacto en nuestro futuro climático y describa cómo diseñar bien estas políticas. Disponible en Amazon
Esto lo cambia todo: Capitalismo contra el clima
por Naomi Klein
In Esto lo cambia todo Naomi Klein sostiene que el cambio climático no es solo otro tema que se debe presentar cuidadosamente entre los impuestos y la atención médica. Es una alarma que nos llama a arreglar un sistema económico que ya nos está fallando de muchas maneras. Klein construye meticulosamente el argumento de cómo la reducción masiva de nuestras emisiones de efecto invernadero es nuestra mejor oportunidad para reducir simultáneamente las desigualdades, volver a imaginar nuestras democracias rotas y reconstruir nuestras economías locales destripadas. Expone la desesperación ideológica de los negadores del cambio climático, los delirios mesiánicos de los aspirantes a geoingenieros y el derrotismo trágico de demasiadas iniciativas ecológicas. Y ella demuestra precisamente por qué el mercado no ha corregido la crisis climática, y no puede hacerlo, sino que empeorará las cosas, con métodos de extracción cada vez más extremos y ecológicamente perjudiciales, acompañados por un capitalismo de desastre rampante. Disponible en Amazon
Del editor:
Las compras en Amazon van a sufragar el costo de traerle InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, y ClimateImpactNews.com sin costo alguno y sin anunciantes que rastreen sus hábitos de navegación. Incluso si hace clic en un enlace pero no compra estos productos seleccionados, cualquier otra cosa que compre en esa misma visita en Amazon nos paga una pequeña comisión. No hay ningún costo adicional para usted, así que por favor contribuya al esfuerzo. Tú también puedes usa este enlace para usar con Amazon en cualquier momento para que pueda ayudar a apoyar nuestros esfuerzos.
Este artículo apareció originalmente en Futuro
