Es el producto más utilizado en el mundo. El cemento es indispensable, pero su reputación se ha manchado bastante en el curso del debate climático en curso. Mezclado con agua, arena y grava, resulta en hormigón, sobre el que se construye nuestro mundo moderno. Sin embargo, el material frugal está en el centro de atención principalmente debido a otra propiedad:la producción de una tonelada de cemento causa alrededor

700 kg de dióxido de carbono (CO ₂ ) que se emite a la atmósfera. Esto es menor que en el caso de, decir, producción de acero o aluminio. Pero es la gran cantidad lo que marca la diferencia. Todos los años, producimos alrededor de doce kilómetros cúbicos de hormigón en todo el mundo, una cantidad que podría llenar completamente el lago de Lucerna, cada año de nuevo. Y la tendencia va en aumento.

La proporción de emisiones globales de CO2 causadas por la industria del cemento es actualmente de alrededor del siete por ciento. Sin embargo, es probable que aumente en el futuro, a medida que crece la demanda en Asia y cada vez más también en África, mientras que la producción en Europa es más o menos estable. Así que ya es hora de buscar un cemento que ofrezca a las personas vivienda e infraestructura, pero aún tiene en cuenta los aspectos ambientales y puede producirse de acuerdo con nuestros objetivos climáticos. El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) también pide el desarrollo inmediato y el uso de nuevos materiales a base de cemento que sean más amigables con el clima y al mismo tiempo rentables. Por lo tanto, los investigadores de Empa están trabajando en tipos alternativos de cemento y hormigón que producen gases de efecto invernadero menos dañinos o incluso pueden unir CO ₂ .

"El cemento se quema tradicionalmente en un horno rotatorio a unos 1450 grados Celsius, "dice el investigador de Empa, Frank Winnefeld, del laboratorio de Concreto y Asfalto de Empa. Aunque los combustibles fósiles pueden ser reemplazados por energías alternativas, "con un grado medio de sustitución del 50 por ciento con las tecnologías actuales, el potencial de ahorro ya está bastante agotado, al menos en Europa, "dice Winnefeld. Sin embargo, se podría ahorrar más energía utilizando materias primas que requieran una temperatura de combustión más baja. Un candidato prometedor es el cemento CSA hecho de sulfoaluminato de calcio. Requiere una temperatura de cocción 200 grados más baja y emite alrededor de 200 kg menos de CO2 por tonelada de cemento. Pero la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero no se debe solo a la menor temperatura de combustión. Una gran parte de la ventaja climática del cemento CSA se debe a la menor cantidad de piedra caliza en la mezcla de materias primas.

Gran demanda

La piedra caliza es responsable de la mayor parte de las emisiones de CO2 a través de una reacción química durante la producción de cemento. Por lo tanto, La reducción de la proporción de piedra caliza es un aspecto interesante en el desarrollo de ecocemento. Además del cemento CSA, los investigadores analizan los componentes sustitutos que se acumulan como materiales de desecho en otras industrias.

Estos incluyen escoria de altos hornos utilizada en la producción de arrabio y cenizas volantes que quedan de la combustión del carbón. Ambos productos se pueden mezclar con cemento para ayudar a reducir las emisiones de CO2.

Pero estas materias primas secundarias no pueden satisfacer la gigantesca demanda de la industria. Los investigadores de Empa son, por lo tanto, abriendo nuevos caminos e identificando ramas de la industria cuyos residuos aún son poco utilizados. "La recuperación metalúrgica de metales preciosos a partir de residuos electrónicos deja una escoria de alta calidad que también se puede mezclar con cemento en forma de polvo, "explica Winnefeld. Si el contenido de metales pesados ​​de la escoria cumple con las normas legales, este cemento también podría utilizarse en Suiza. La buena noticia es que el sedimento de la "mina urbana" de los restos de nuestros teléfonos móviles y computadoras en desuso seguirá creciendo en el futuro. Según Winnefeld, También es posible utilizar residuos de construcción minerales para aditivos de cemento.

El tipo de aditivos en el cemento incluso podría cambiarse de tal manera que el proceso de combustión podría eliminarse por completo. En el llamado cemento activado por álcali, los componentes como la escoria, La ceniza o la arcilla calcinada se animan a la reacción química deseada mediante soluciones alcalinas fuertes como los silicatos de sodio. Los productos de esta reacción luego se combinan para formar un material cuya resistencia a la compresión corresponde a la del quemado, cemento convencional.

Gas climático atrapado en hormigón

La capacidad de unir CO2 en el hormigón en lugar de liberarlo también es una característica ingeniosa. Un CO ₂ -El hormigón negativo sería un verdadero amigo del clima. Los investigadores de Empa están trabajando en un cemento a base de magnesio que proporcionará la base para este ecohormigón. Los recursos para la materia prima están disponibles en regiones donde se encuentra olivino que contiene magnesio en el suelo. El mineral se encuentra principalmente en las profundidades del manto de la Tierra. Sin embargo, si es transportado a la superficie por la actividad volcánica, por ejemplo en Escandinavia, puede degradarse. En la producción de cemento a partir de olivino, Luego se agrega CO2 al silicato de magnesio crudo. Y dado que solo una parte del material se quema en un paso de procesamiento posterior, en general, se produce menos CO2 del que se consumía anteriormente. Y aunque el producto ya tiene un nombre llamativo ("MOMS", Óxido de magnesio derivado de silicatos), sus propiedades aún están en gran parte inexploradas.

Diversidad creciente

Para garantizar que estos enfoques no terminen como productos de nicho, pero se puede producir de forma industrial y rentable, Los análisis meticulosos deben demostrar que el ecocemento cumple los mismos requisitos que los productos convencionales. Muchos tipos alternativos de cemento carecen actualmente de recetas simples para agregar nuevos componentes o modificar los procesos de fabricación sin comprometer las codiciadas propiedades del cemento tradicional. Mientras no pueda demostrarse sin lugar a dudas el rendimiento al menos equivalente del ecocemento, el cemento Portland clásico, un material de construcción de bajo costo y bien caracterizado, seguirá siendo el material elegido por los ingenieros civiles.

Los investigadores del cemento de Empa están analizando actualmente las proporciones de mezcla química y los criterios de conformidad, como la resistencia y durabilidad de los nuevos tipos de cemento, allanando el camino para aprobaciones que cumplan con las normas. Estos incluyen investigaciones a pequeña y gigantesca escala. Además de las investigaciones químicas, análisis microscópicos y modelado termodinámico, con el que se investigan las reacciones dentro del cemento, También se compara la capacidad de carga de componentes grandes hechos de diferentes tipos de cemento. "Habrá que optimizar los procesos industriales, ya que siguen siendo demasiado caros en muchos casos, "dice Winnefeld. Está claro, sin embargo, que se pueden utilizar tipos alternativos de cemento para producir hormigón con una durabilidad comparable o incluso mejor.

En todo caso, ya está surgiendo una novedad:la variedad de productos de cemento y hormigón aumentará en el futuro. Para los productores de materiales de construcción, esta diversidad conduce a mayores requisitos. Es más, Winnefeld está seguro de que el uso de materias primas secundarias haría que las soluciones locales fueran más atractivas si no existieran rutas de transporte. por ejemplo, porque se producen residuos industriales adecuados cerca de una planta de cemento.

La producción de hormigón es responsable de alrededor del 6% de las emisiones de CO2 generadas por el hombre a nivel mundial. en Suiza incluso para el 9%. En el sector del bricolaje, el concreto se mezcla usando reglas básicas simples. Por ejemplo, 300 kg de cemento, 180 l de agua y 1890 kg de árido producen un metro cúbico de hormigón. La emisión de CO2 del hormigón proviene en gran parte del contenido de cemento:el cemento debe quemarse a 1450 grados, donde el CO ligado a minerales ₂ se disuelve de la piedra caliza. En todo el mundo, Anualmente se producen 2.800 millones de toneladas de cemento.