En la Universidad de Washington State (WSU) se ha desarrollado una fórmula viable para un hormigón con emisiones de carbono negativas y respetuoso con el medio ambiente, casi tan resistente como el normal.
En un trabajo de prueba de concepto, los investigadores infundieron cemento común con biocarbón ecológico, un tipo de carbón hecho de desechos orgánicos, que se había fortalecido previamente con aguas residuales de hormigón. El biochar fue capaz de absorber hasta el 23% de su peso en dióxido de carbono del aire mientras alcanzaba una fuerza comparable al cemento ordinario.
La investigación podría reducir significativamente las emisiones de carbono de la industria del hormigón, que es una de las más intensivas en energía y carbono de todas las industrias manufactureras. El trabajo, dirigido por el estudiante de doctorado Zhipeng Li, se informa en la revista Materials Letters.
“Estamos muy emocionados de que esto contribuya a la misión de un entorno construido sin carbono”, dij Xianming Shi, profesor del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de WSU y autor correspondiente del artículo.
Cada año se producen más de 4.000 millones de toneladas de hormigón en todo el mundo. La fabricación de cemento ordinario requiere alta temperatura y combustión de combustibles. La piedra caliza utilizada en su producción también pasa por la descomposición que produce dióxido de carbono, por lo que se cree que la producción de cemento es responsable de aproximadamente el 8% de las emisiones totales de carbono por actividades humanas en todo el mundo.
Los investigadores han intentado agregar biocarbón como sustituto del cemento para hacerlo más ecológico y reducir su huella de carbono, pero agregar incluso un 3 % de biocarbón redujo drásticamente la resistencia del concreto. Después de tratar el biocarbón en las aguas residuales del lavado de concreto, los investigadores de WSU pudieron agregar hasta un 30 % de biocarbón a su mezcla de cemento. La pasta hecha del cemnto modificado con biocarbón pudo alcanzar una resistencia a la compresión después de 28 días comparable a la del cemento ordinario de aproximadamente 4000 libras por pulgada cuadrada.
“Estamos comprometidos a encontrar formas novedosas de desviar los flujos de desechos hacia usos beneficiosos en el concreto; una vez que identifiquemos esos flujos de desechos, el siguiente paso es ver cómo podemos agitar la varita mágica de la química y convertirlos en un recurso”, dijo Shi en un comunicado. “El truco está realmente en la ingeniería interfacial: cómo se diseñan las interfaces en el concreto”.
El agua de lavado de hormigón cáustico es a veces un material de desecho problemático de la producción de hormigón. Las aguas residuales son muy alcalinas pero también sirven como una valiosa fuente de calcio, dijo Shi. Los investigadores utilizaron el calcio para inducir la formación de calcita, que beneficia al biocarbón y, finalmente, al hormigón que incorpora el biocarbón.
“La mayoría delos otros investigadores solo pudieron agregar hasta un 3% de biocarbón para reemplazar el cemento, pero estamos demostrando el uso de dosis mucho más altas de biocarbón porque hemos descubierto cómo diseñar la superficie del biocarbón”, dijo.
La sinergia entre las aguas residuales altamente alcalinas que contienen mucho calcio y el biochar altamente poroso significó que el carbonato de calcio precipitó sobre o dentro del biochar, reforzándolo y permitiendo la captura de dióxido de carbono del aire. Se esperaría que un concreto hecho del material continuara secuestrando dióxido de carbono durante la vida útil del concreto, típicamente 30 años en pavimento o 75 años en un puente.