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MEDIO AMBIENTE. Es posible reducir drásticamente las emisiones de CO2 en la producción de cemento

 

Producción convencional de cemento quemando cal y arena: durante la reacción se libera dióxido de carbono. Fuente: Marcel Maslyk

El calentamiento global y la vivienda asequible son dos temas dominantes del debate público. La protección del clima se logra reduciendo las emisiones de dióxido de carbono (CO2 ), un gas de efecto invernadero

La construcción de viviendas requiere hormigón, el material de construcción más importante de nuestro mundo moderno. A primera vista, el hormigón parece no presentar problemas. No contiene combustibles fósiles, no es tóxico y no flota en los océanos en forma de desechos plásticos. Pero esta impresión es engañosa, porque la producción de cemento es actualmente el mayor emisor industrial de emisiones de CO 2 en todo el mundo, y representa alrededor del 8 por ciento o 2.700 millones de toneladas de CO 2.por añoEsto se debe a la combustión de combustibles fósiles, principalmente carbón, a temperaturas de alrededor de 1.000 grados Celsius y sinterización a alrededor de 1.450 grados Celsius.

El hormigón es muy versátil, económico, literalmente duro y se puede moldear en casi cualquier forma. Consiste, en principio, solo en arena, grava, agua y el cemento aglutinante. Este último se obtiene mediante la calcinación de  , arcilla y algunos otros componentes, y forma hidratos de silicato de calcio estables durante el endurecimiento, que son responsables de las propiedades del hormigón.

Sin embargo, el problema radica precisamente en la calcinación de la cal (CaCO 3 ), porque por cada molécula de óxido de calcio (CaO) producida, la llamada "cal quemada" o "cal viva", una molécula del gas de efecto invernadero CO 2 es liberado. 

Para una producción mundial anual de alrededor de 4.500 millones de toneladas de cemento, esto se traduce en 2.700 millones de toneladas de CO 2 . Esto equivale aproximadamente a la mitad de las emisiones anuales de CO 2 de todo el transporte. China es responsable de alrededor del 50 por ciento, Alemania de alrededor del 1,5 por ciento de las emisiones de  .

La calcinación dañina para el medio ambiente se evita triturando cal cruda con silicato de sodio

Los químicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) en Alemania han desarrollado ahora un método que podría reducir drásticamente las emisiones de CO 2 de la producción de cemento a largo plazo. 

En este  , la cal cruda (CaCO 3 ) ya no se convierte en cal quemada en hornos de carbón, sino que simplemente se muele con silicato de sodio sólido (Na 2 SiO 3). Esta etapa de molienda produce un intermedio "activado" que contiene los componentes del cemento en una distribución uniforme. 

Cuando se hace reaccionar con una solución de hidróxido de sodio, se forma un producto que es estructuralmente similar a los hidratos de silicato de calcio. La formación de la pasta de cemento y el fraguado con agua se realizan a través de una compleja cascada de reacciones, cuyas etapas elementales se han dilucidado analíticamente mediante métodos de alta tecnología.

Mientras que la calcinación de la cal requiere temperaturas de 1.000 a 1.500 grados Celsius, la etapa de molienda se realiza a temperatura ambiente. A 120  por tonelada, el aporte de energía mecánica para moler cemento convencional es solo alrededor del 10 por ciento de la energía utilizada para el proceso de calcinación. 

Sin embargo, esto solo equivale a la energía ahorrada (y las emisiones de CO 2 evitadas) al quemar  en la producción de cemento. Más importante aún, evitar la calcinación con cal podría idealmente evitar emisiones de CO 2 en el rango de gigatoneladas. 

Dado que la molienda es un proceso estándar en la industria del cemento, sería concebible implementar el proceso desde el laboratorio hasta la escala industrial.

Nueva alternativa de producción de cemento mediante molienda de cal y arena: el dióxido de carbono permanece ligado. Fuente: Marcel Maslyk

Proceso potencialmente adecuado para la producción a gran escala

Los químicos con sede en Mainz enfatizan que las estimaciones de costes y energía son solo aproximadas y que las pruebas de laboratorio no se pueden comparar con un proceso industrial, donde se deben considerar el desarrollo, el diseño, la viabilidad, el mantenimiento y varios otros parámetros. 

Se necesita más trabajo para la implementación de este nuevo proceso. "Este puede ser un primer paso para una forma no convencional de producción de cemento, pero aún no es una solución completamente desarrollada", enfatizó el coautor Marcel Maslyk.

En opinión de los técnicos, el proceso es potencialmente adecuado para producir  en procesos a gran escala. No obstante, llevarlo a cabo a escala técnica llevaría tiempo y no proporcionaría un remedio a corto plazo para reducir las emisiones de CO 2 .

Más información: Marcel Maslyk et al, Multistep Crystallization Pathways in the Ambient‐Temperature Synthesis of a New Alkali‐Activated Binder, Advanced Functional Materials (2021). DOI: 10.1002/adfm.202108126

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