Los pavimentos son una abundante superficie urbana, cubriendo alrededor del 40 por ciento de las ciudades estadounidenses. Pero además de transportar tráfico, también pueden emitir calor.

Debido al llamado efecto isla de calor urbano, densamente construido, Las superficies impermeables como los pavimentos pueden absorber la radiación solar y calentar su entorno al reemitir esa radiación en forma de calor. Este fenómeno representa una seria amenaza para las ciudades. Aumenta la temperatura del aire hasta en 7 grados Fahrenheit y contribuye a los riesgos para la salud y el medio ambiente, riesgos que el cambio climático magnificará.

En respuesta, Los investigadores del MIT Concrete Sustainability Hub (MIT CSHub) están estudiando cómo una superficie que normalmente aumenta las islas de calor urbano puede, en cambio, disminuir su intensidad. Su investigación se centra en "pavimentos fríos, "que reflejan más radiación solar y emiten menos calor que las superficies de pavimentación convencionales.

Un estudio reciente realizado por un equipo de investigadores actuales y anteriores de MIT CSHub en la revista de Ciencia y Tecnología Ambiental describe los pavimentos fríos y su implementación. El estudio encontró que podrían reducir la temperatura del aire en Boston y Phoenix hasta en 1,7 grados Celsius (3 grados F) y 2,1 grados C (3,7 grados F), respectivamente. También reducirían las emisiones de gases de efecto invernadero, reducir las emisiones totales hasta en un 3 por ciento en Boston y en un 6 por ciento en Phoenix. Logrando estos ahorros, sin embargo, Requiere que las estrategias de pavimento frío se seleccionen de acuerdo con el clima, tráfico, y configuraciones de edificios de cada vecindario.

Ciudades como Los Ángeles y Phoenix ya han realizado importantes experimentos con pavimentos fríos, pero la tecnología aún no está ampliamente implementada. El equipo de CSHub espera que su investigación pueda guiar futuros proyectos de pavimentación fría para ayudar a las ciudades a hacer frente a un clima cambiante.

Raspando la superficie

Es bien sabido que las superficies más oscuras se calientan más a la luz del sol que las más claras. Los científicos del clima utilizan una métrica llamada "albedo" para ayudar a describir este fenómeno.

"El albedo es una medida de la reflectividad de la superficie, "explica Hessam AzariJafari, autor principal del artículo y postdoctorado en el MIT CSHub. "Las superficies con albedo bajo absorben más luz y tienden a ser más oscuras, mientras que las superficies de alto albedo son más brillantes y reflejan más luz ".

Albedo es fundamental para enfriar las aceras. Superficies de pavimentación típicas, como el asfalto convencional, poseen un albedo bajo y absorben más radiación y emiten más calor. Pavimentos fríos, sin embargo, tienen materiales más brillantes que reflejan más de tres veces más radiación y, como consecuencia, reemitir mucho menos calor.

"Podemos construir pavimentos frescos de muchas formas diferentes, "dice Randolph Kirchain, investigador del Laboratorio de Ciencia de Materiales y codirector del Concrete Sustainability Hub. "Los materiales más brillantes como el hormigón y los agregados de colores más claros ofrecen un mayor albedo, mientras que los pavimentos de asfalto existentes se pueden 'enfriar' mediante revestimientos reflectantes ".

Los investigadores de CSHub consideraron estas diversas opciones en un estudio de Boston y Phoenix. Su análisis consideró diferentes resultados cuando eran concretos, asfalto reflectante, y el hormigón reflectante reemplazó a los pavimentos de asfalto convencionales, que constituyen más del 95 por ciento de los pavimentos en todo el mundo.

Conciencia situacional

Para una comprensión integral de los beneficios ambientales de los pavimentos fríos en Boston y Phoenix, los investigadores tenían que mirar más allá de los materiales de pavimentación. Eso es porque además de reducir la temperatura del aire, los pavimentos fríos ejercen impactos directos e indirectos sobre el cambio climático.

"El único impacto directo es el forzamiento radiativo, ", señala AzariJafari." Al reflejar la radiación en la atmósfera, los pavimentos fríos ejercen un forzamiento radiativo, lo que significa que cambian el equilibrio energético de la Tierra al enviar más energía fuera de la atmósfera, similar a los casquetes polares ".

Los pavimentos fríos también ejercen impactos indirectos del cambio climático al alterar el uso de energía en edificios adyacentes.

"Por un lado, bajando las temperaturas, Los pavimentos fríos pueden reducir la necesidad de aire acondicionado [aire acondicionado] en el verano y aumentar la demanda de calefacción en el invierno. "dice AzariJafari." Por el contrario, reflejando luz, llamada radiación incidente, sobre edificios cercanos, los pavimentos fríos pueden calentar las estructuras, lo que puede aumentar el uso de aire acondicionado en verano y reducir la demanda de calefacción en invierno ".

Y lo que es más, Los efectos del albedo son solo una parte de los impactos del ciclo de vida general de un pavimento frío. De hecho, los impactos de la construcción y la extracción de materiales (a los que se hace referencia en conjunto como impactos incorporados) y el uso del pavimento dominan el ciclo de vida. El principal impacto en la fase de uso de un pavimento, además de los efectos del albedo, es el consumo excesivo de combustible:los pavimentos con superficies lisas y estructuras rígidas provocan un menor consumo excesivo de combustible en los vehículos que circulan por ellos.

Evaluar los impactos del cambio climático de los pavimentos fríos, luego, es un proceso complejo, que implica muchas compensaciones. En su estudio, los investigadores buscaron analizarlos y medirlos.

Un reflejo completo

Para determinar la implementación ideal de pavimentos fríos en Boston y Phoenix, Los investigadores investigaron los impactos del ciclo de vida de cambiar de pavimentos de asfalto convencionales a tres opciones de pavimentos fríos:asfalto reflectante, hormigón, y hormigón reflectante.

Para hacer esto, utilizaron simulaciones físicas acopladas para modelar edificios en miles de vecindarios hipotéticos. Usando estos datos, Luego entrenaron un modelo de red neuronal para predecir impactos basados ​​en las características del edificio y el vecindario. Con esta herramienta en su lugar, fue posible estimar el impacto de los pavimentos fríos para cada una de las miles de carreteras y cientos de miles de edificios en Boston y Phoenix.

Además de los efectos de albedo, también analizaron los impactos incorporados para todos los tipos de pavimento y el efecto del tipo de pavimento en el consumo excesivo de combustible del vehículo debido a las cualidades de la superficie, rigidez, y tasa de deterioro.

Después de evaluar los impactos del ciclo de vida de cada tipo de pavimento frío, los investigadores calcularon qué material:asfalto convencional, asfalto reflectante, hormigón, y hormigón reflectante — beneficiaron más a cada vecindario. Descubrieron que, si bien los pavimentos fríos eran ventajosos en Boston y Phoenix en general, los materiales ideales variaban mucho dentro y entre ambas ciudades.

"Un beneficio que fue universal en el tipo de vecindario y el material de pavimentación, fue el impacto del forzamiento radiativo, ", señala AzariJafari." Este fue particularmente el caso en áreas con edificios menos densos, donde el efecto fue más pronunciado ".

A diferencia del forzamiento radiativo, sin embargo, los cambios en la demanda de energía de los edificios diferían según la ubicación. En Boston, Los pavimentos fríos redujeron la demanda de energía con tanta frecuencia como la aumentaron en todos los vecindarios. En Phoenix, Los pavimentos fríos tuvieron un impacto negativo en la demanda de energía en la mayoría de las secciones censales debido a la radiación incidente. Al tener en cuenta el forzamiento radiativo, aunque, los pavimentos fríos finalmente tuvieron un beneficio neto.

Solo después de considerar las emisiones incorporadas y los impactos en el consumo de combustible, se manifestó el tipo de pavimento ideal para cada vecindario. Una vez que se tiene en cuenta la incertidumbre durante el ciclo de vida, Los investigadores encontraron que los pavimentos de hormigón reflectante tenían los mejores resultados, resultando óptimo en el 53 por ciento y el 73 por ciento de los vecindarios de Boston y Phoenix, respectivamente.

Una vez más, Se identificaron incertidumbres y variaciones. En Boston, Siempre se prefirió reemplazar los pavimentos de asfalto convencionales con una opción fresca, mientras que en Phoenix los pavimentos de concreto, reflectantes o no, tuvieron mejores resultados debido a la rigidez a altas temperaturas que minimizó el consumo de combustible del vehículo. Y a pesar del dominio del hormigón en Phoenix, en el 17 por ciento de sus vecindarios, todas las opciones de pavimentación reflectante demostraron ser más o menos tan efectivas, mientras que en el 1 por ciento de los casos, los pavimentos convencionales eran realmente superiores.

"Aunque los impactos del cambio climático que estudiamos han demostrado ser numerosos y, a menudo, contrarios entre sí, Nuestras conclusiones son inequívocas:los pavimentos fríos podrían ofrecer inmensos beneficios de mitigación del cambio climático para ambas ciudades, "dice Kirchain.

Las mejoras en la temperatura del aire serían notables:el equipo descubrió que los pavimentos fríos reducirían las temperaturas máximas del aire de verano en Boston en 1,7 grados C (3 grados F) y en Phoenix en 2,1 grados C (3,7 grados F). Las reducciones de emisiones de dióxido de carbono también serían impresionantes. Boston disminuiría sus emisiones de dióxido de carbono hasta en un 3 por ciento durante 50 años, mientras que las reducciones en Phoenix alcanzarían el 6 por ciento durante el mismo período.

Este análisis es uno de los estudios más completos de pavimentos fríos hasta la fecha, pero hay más por investigar. Al igual que con las aceras, también es posible ajustar el albedo del edificio, lo que puede resultar en cambios en la demanda de energía del edificio. La descarbonización intensiva de la red y la introducción de mezclas de hormigón bajas en carbono también pueden alterar las emisiones generadas por los pavimentos fríos.

Todavía queda mucho camino por recorrer para el equipo de CSHub. Pero al estudiar pavimentos fríos, han elevado una brillante solución al cambio climático y han abierto vías para futuras investigaciones y mitigación en el futuro.