Un cemento autorreparable desarrollado por el Pacific Northwest National Laboratory puede superar al hormigón convencional, ofreciendo una tecnología que potencialmente previene la contaminación para la creciente industria geotérmica.

Esta combinación revolucionaria utiliza un ingrediente flexible, un polímero, para reparar superficies fracturadas y rellenar grietas, minimizando los riesgos de fallas mecánicas y ofreciendo una fuente de energía sostenible.

El químico Carlos Fernandez y su equipo en colaboración con Simerjeet Gill del Laboratorio Nacional Brookhaven, detallar las propiedades curativas del polímero y cómo puede mejorar el rendimiento mecánico del cemento en un papel, "Información sobre las propiedades físicas y químicas de un compuesto de cemento y polímero desarrollado para aplicaciones de pozos geotérmicos, " en Compuestos de cemento y hormigón .

El financiamiento para la investigación fue proporcionado por la Oficina de Tecnologías Geotérmicas del Departamento de Energía.

Polímeros a presión

Se sabe que el cemento utilizado en los pozos geotérmicos se agrieta bajo presión y en entornos de alta temperatura asociados con la perforación de energía geotérmica. El objetivo del artículo del equipo era ver cómo se mantendría su cemento autorreparable cuando se probara con cemento convencional en estas condiciones de calor extremo. A través de una variedad de pruebas, realizado en PNNL y BNL National Synchroton Light Source II, el equipo descubrió que la tecnología de cemento autorreparable podría eliminar la necesidad de eliminar, reparar y reemplazar pozos de cemento agrietados.

Los investigadores de PNNL probaron la resistencia y las reacciones de su cemento autorreparador a la tensión mecánica y realizaron análisis del área de la superficie, composición química, y topografía superficial. Las pruebas confirmaron que el cemento autorreparable es una alternativa importante al cemento convencional porque es flexible y cura las grietas de forma autónoma.

La flexibilidad se atribuye a la unión químicamente "blanda" o flexible entre los átomos del polímero y el cemento. Esta unión suave permite grandes deformaciones que se pueden contener dentro del cemento sin romper las uniones. Esto fue predicho a través del modelado computacional realizado por Vanda Glezakou de PNNL. El polímero agrega entre un 60 y un 70 por ciento más de elasticidad al cemento cuando se agrega, reducir las fracturas en el cemento, Fernández informa en el periódico.

En su propia, los polímeros son grandes, moléculas en forma de cadena que trabajan para mantener unidas las sustancias y se encuentran naturalmente en el cuerpo humano. Cuando se agrega al cemento, los polímeros agregan flexibilidad al material quebradizo y evitan que las grietas se extiendan rápidamente. El polímero se desprende, migra a la grieta, y vuelve a adherirse para llenar la grieta. Hubo una reducción del 87 por ciento en el tamaño de la grieta cuando se añadió el polímero al hormigón.

Cimentando el futuro

El cemento es el segundo consumible más grande del mundo detrás del agua. Por lo tanto, Encontrar una manera de hacer que el cemento sea aún más efectivo podría cambiar las reglas del juego no solo para la industria geotérmica, sino también para la industria de la construcción en general.

"La idea en unos años sería extenderlo a todo, "Dijo Fernández." El cielo es el límite ".

La industria del cemento gana más de $ 37 mil millones al año. Sin embargo, El craqueo de cemento tiene un promedio de $ 12 mil millones al año solo para reparar la infraestructura. La combinación de polímero y cemento podría ascender a $ 3.4 mil millones al año en ahorros para infraestructuras como presas, instalaciones de residuos nucleares, y rascacielos, Fernández predice. Esto podría significar menos cierres de carreteras y reparaciones de mantenimiento que obstruyen las carreteras y crean inconvenientes para los desplazamientos diarios.

Como una lámpara LED el cemento-polímero podría generar ahorros a largo plazo. El cemento convencional cuesta 5 centavos la libra. El costo estimado del cemento-polímero es de 30 a 35 centavos por libra. Sin embargo, potencialmente podría extender la vida útil de las estructuras de hormigón de 30 a 50 años, Fernández dijo.

Para la industria petrolera, específicamente, donde las altas temperaturas son una constante, quitar y reemplazar el concreto agrietado requiere mucho tiempo, empresa costosa, Fernández dijo. Reemplazar el cemento convencional con cemento autocurativo puede suponer un ahorro de millones de dólares.

El cemento autorreparable también podría usarse en instalaciones de desechos nucleares y represas hidroeléctricas donde las grietas en las estructuras y las fallas mecánicas podrían provocar inundaciones o contaminación. Las costosas inspecciones y reparaciones anuales y bianuales podrían disminuir en número, Fernández dijo. La naturaleza flexible del cemento autorreparable también le permite resistir un mayor estrés mecánico de desastres naturales y condiciones climáticas extremas como terremotos o vientos fuertes.

Una alternativa concreta para el medio ambiente

El cemento autorreparable podría resolver las principales preocupaciones sobre el sellado de pozos para el petróleo, gas, y producción de calor geotérmico. Las fugas en los pozos causan contaminación y limitan la capacidad de proporcionar alternativas de energía limpia. Estas fugas contaminan los acuíferos y las aguas superficiales.

Otras mezclas de cemento y polímero autorreparables desarrolladas para la industria del petróleo y el gas a menudo tienen propiedades mecánicas deficientes y no pueden soportar los entornos de alta temperatura que se encuentran en los pozos geotérmicos.

"El desarrollo de una combinación de cemento y polímero autorreparable que sea funcional en entornos geotérmicos podría representar una tecnología revolucionaria para el crecimiento de la industria de la energía geotérmica, ", informó el equipo en el periódico.

Hay grandes reservas de energía geotérmica en todo el país y en todo el mundo que no están en uso porque el cemento de pozo falla en condiciones de alta temperatura y en ambientes químicamente corrosivos. La energía geotérmica es la energía térmica que genera y almacena la Tierra. Con mejoras como el cemento autocurativo, La energía geotérmica tiene el potencial de ser una aplicación, fuente de energía sostenible. El cemento autocurativo puede entregar una energía significativa con una mínima liberación de carbono a la atmósfera.

Adicionalmente, decenas de miles de toneladas de cemento convencional terminan en vertederos, Fernández dijo. Con la extensión de más de 30 años de uso adicional del composite, menos cemento iría a los vertederos.