Encontrarse con hormigón es un hecho común, incluso rutinario. Y eso es exactamente lo que hace que el hormigón sea excepcional.

Como material más consumido después del agua, el hormigón es indispensable para los muchos sistemas esenciales, desde carreteras hasta edificios, en los que se utiliza.

Pero debido a su amplio uso, La producción de hormigón también contribuye a alrededor del 1 por ciento de las emisiones en los Estados Unidos y sigue siendo una de varias industrias intensivas en carbono a nivel mundial. Abordar el cambio climático, luego, significará reducir los impactos ambientales del hormigón, incluso cuando su uso sigue aumentando.

En un nuevo documento en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , un equipo de investigadores actuales y anteriores del MIT Concrete Sustainability Hub (CSHub) describe cómo se puede lograr esto.

Presentan una extensa evaluación del ciclo de vida de los sectores de construcción y pavimentos que estima cómo las estrategias de reducción de gases de efecto invernadero (GEI), incluidas las del hormigón y el cemento, podrían minimizar las emisiones acumuladas de cada sector y cómo esas reducciones se compararían con la reducción nacional de GEI. objetivos.

El equipo descubrió que si se implementaban estrategias de reducción, las emisiones de pavimentos y edificios entre 2016 y 2050 podrían disminuir hasta en un 65% y un 57%, respectivamente, incluso si el uso del hormigón se aceleró mucho durante ese período. Estos están cerca de los objetivos de reducción de EE. UU. Establecidos como parte de los Acuerdos Climáticos de París. Las soluciones consideradas también permitirían que la producción de hormigón para ambos sectores alcance la neutralidad de carbono para 2050.

A pesar de la descarbonización continua de la red y los aumentos en la eficiencia del combustible, encontraron que la gran mayoría de las emisiones de GEI de los nuevos edificios y pavimentos durante este período se derivarían del consumo de energía operativa en lugar de las llamadas emisiones incorporadas, es decir, emisiones de la producción y construcción de materiales.

Fuentes y soluciones

El consumo de hormigón, por su versatilidad, durabilidad, constructibilidad, y papel en el desarrollo económico, se ha proyectado que aumente en todo el mundo.

Si bien es esencial considerar los impactos incorporados de la producción de concreto en curso, es igualmente esencial ubicar estos impactos iniciales en el contexto del ciclo de vida del material.

Debido a los atributos únicos del hormigón, puede influir en el rendimiento de sostenibilidad a largo plazo de los sistemas en los que se utiliza. Pavimentos de hormigón, por ejemplo, puede reducir el consumo de combustible del vehículo, mientras que las estructuras de hormigón pueden soportar peligros sin necesidad de reparaciones intensivas en energía y materiales.

Impactos del hormigón, luego, son tan complejos como el propio material:una mezcla cuidadosamente proporcionada de cemento en polvo, agua, arena, y agregados. Desenredar la contribución del hormigón a los impactos operativos e incorporados de los edificios y pavimentos es esencial para planificar las reducciones de GEI en ambos sectores.

Conjunto de escenarios

En su papel Los investigadores de CSHub pronostican las posibles emisiones de gases de efecto invernadero de los sectores de construcción y pavimentos a medida que se introdujeron numerosas estrategias de reducción de emisiones entre 2016 y 2050.

Dado que ambos sectores son inmensos y evolucionan rápidamente, modelarlos requería un marco intrincado.

"No tenemos detalles sobre cada edificio y pavimento en los Estados Unidos, "explica Randolph Kirchain, un científico investigador en el Laboratorio de Investigación de Materiales y codirector de CSHub.

"Como tal, comenzamos desarrollando diseños de referencia, que pretenden ser representativos de edificios y pavimentos actuales y futuros. Estos se adaptaron para ser apropiados para 14 zonas climáticas diferentes en los Estados Unidos y luego se distribuyeron en los Estados Unidos según los datos del Censo de los Estados Unidos y la Administración Federal de Carreteras ".

Para reflejar la complejidad de estos sistemas, sus modelos debían tener las resoluciones más altas posibles.

"En el sector de las aceras, recopilamos el stock actual de la red de EE. UU. en función de segmentos de 10 millas de alta precisión, junto con las condiciones de la superficie, tráfico, espesor, ancho de carril, y número de carriles para cada segmento, "dice Hessam AzariJafari, un postdoctorado en CSHub y coautor del artículo.

"Para modelar futuras acciones de pavimentación durante el período de análisis, asumimos cuatro condiciones climáticas; Cuatro tipos de carreteras; asfalto, hormigón, y estructuras de pavimento compuesto; así como mayor, menor, y acciones de pavimentación de reconstrucción especificadas para cada condición climática ".

Usando este marco, analizaron un escenario "proyectado" y uno "ambicioso" de estrategias de reducción y atributos del sistema para edificios y pavimentos durante el período de análisis de 34 años. Los escenarios fueron definidos por el momento y la intensidad de las estrategias de reducción de GEI.

Como su nombre podría sugerir, el escenario proyectado reflejó las tendencias actuales. Para el sector de la construcción, Las soluciones abarcaron la descarbonización esperada de la red y las mejoras a los códigos de construcción y la eficiencia energética que se están implementando actualmente en todo el país. Para pavimentos, la única solución proyectada fueron las mejoras en la economía de combustible de los vehículos. Eso es porque a medida que la eficiencia del vehículo continúa aumentando, El exceso de emisiones de vehículos debido a la mala calidad de las carreteras también disminuirá.

Tanto los escenarios proyectados para edificios como para pavimentos incluyeron la introducción gradual de estrategias de hormigón bajo en carbono, como el contenido reciclado, captura de carbono en la producción de cemento, y el uso de carbono capturado para producir agregados y curar concreto.

"En el ambicioso escenario, "explica Kirchain, "Fuimos más allá de las tendencias proyectadas y exploramos cambios razonables que exceden las políticas actuales y los compromisos [de la industria]".

Aquí, las estrategias del sector de la construcción eran las mismas, pero implementado de manera más agresiva. El sector de pavimentos también cumplió con objetivos más agresivos e incorporó varias estrategias novedosas, incluyendo invertir más para generar carreteras más suaves, aplicar de forma selectiva superposiciones de hormigón para producir pavimentos más rígidos, e introducir pavimentos más reflectantes, que pueden cambiar el equilibrio energético de la Tierra al enviar más energía fuera de la atmósfera.

Resultados

A medida que la red se vuelve más ecológica y las nuevas casas y edificios se vuelven más eficientes, muchos expertos han pronosticado que los impactos operativos de los nuevos proyectos de construcción se reducirán en comparación con sus emisiones incorporadas.

"Lo que encontró nuestra evaluación del ciclo de vida, "dice Jeremy Gregory, el director ejecutivo del MIT Climate Consortium y el autor principal del artículo, "es que [esta predicción] no es necesariamente el caso".

"En lugar de, descubrimos que más del 80 por ciento de las emisiones totales de nuevos edificios y pavimentos entre 2016 y 2050 se derivarían de su operación ".

De hecho, the study found that operations will create the majority of emissions through 2050 unless all energy sources—electrical and thermal—are carbon-neutral by 2040. This suggests that ambitious interventions to the electricity grid and other sources of operational emissions can have the greatest impact.

Their predictions for emissions reductions generated additional insights.

For the building sector, they found that the projected scenario would lead to a reduction of 49 percent compared to 2016 levels, and that the ambitious scenario provided a 57 percent reduction.

As most buildings during the analysis period were existing rather than new, energy consumption dominated emissions in both scenarios. Como consecuencia, decarbonizing the electricity grid and improving the efficiency of appliances and lighting led to the greatest improvements for buildings, ellos encontraron.

In contrast to the building sector, the pavements scenarios had a sizeable gulf between outcomes:The projected scenario led to only a 14 percent reduction while the ambitious scenario had a 65 percent reduction—enough to meet U.S. Paris Accord targets for that sector. This gulf derives from the lack of GHG reduction strategies being pursued under current projections.

"The gap between the pavement scenarios shows that we need to be more proactive in managing the GHG impacts from pavements, " explains Kirchain. "There is tremendous potential, but seeing those gains requires action now."

These gains from both ambitious scenarios could occur even as concrete use tripled over the analysis period in comparison to the projected scenarios—a reflection of not only concrete's growing demand but its potential role in decarbonizing both sectors.

Though only one of their reduction scenarios (the ambitious pavement scenario) met the Paris Accord targets, that doesn't preclude the achievement of those targets:many other opportunities exist.

"En este estudio, we focused on mainly embodied reductions for concrete, " explains Gregory. "But other construction materials could receive similar treatment.

"Further reductions could also come from retrofitting existing buildings and by designing structures with durability, hazard resilience, and adaptability in mind in order to minimize the need for reconstruction."

This study answers a paradox in the field of sustainability. For the world to become more equitable, more development is necessary. Y todavía, that very same development may portend greater emissions.

The MIT team found that isn't necessarily the case. Even as America continues to use more concrete, the benefits of the material itself and the interventions made to it can make climate targets more achievable.