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May 29, 2023

Con hormigón, menos es más

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Mientras los líderes mundiales se reúnen en la conferencia anual del Foro Económico Mundial en Davos para discutir temas globales, incluido el cambio climático, pasarán el día rodeados de concreto. Las casas, los rascacielos, las carreteras, las autopistas, los puentes, las aceras, los sistemas de agua, las represas y más dependen del concreto por sus propiedades de resistencia, durabilidad, versatilidad y bajo costo inigualables. No sorprende que la demanda mundial de cemento, que se endurece y se convierte en hormigón cuando se mezcla con agua y minerales, aumente un 48 %, de 4200 millones a 6200 millones de toneladas para 2050.

En la reciente urbanización masiva de China, la nación usó más concreto entre 2011 y 2013 que Estados Unidos en todo el siglo XX. Mientras que el uso de hormigón en China se ralentiza, el consumo en India, África y otros países en desarrollo se disparará en medio del desarrollo económico, con usos divididos entre residencial, comercial y de infraestructura. Si bien es esencial para construir las estructuras que mejoran nuestra vida cotidiana, el concreto es responsable del 8 % de las emisiones globales de carbono; y el 90% de estas emisiones provienen de la producción de clínker, el principal ingrediente del hormigón que contribuye a su resistencia.

De acuerdo con el Acuerdo Climático de París, la industria mundial del hormigón debe reducir las emisiones en un 16 % para 2030 y en un 100 % para 2050 para mantenerse dentro del presupuesto de carbono de calentamiento de 1,5 °C. Este esfuerzo requerirá cambios significativos en toda la cadena de valor del concreto, pero la medida más fácil y rentable es usar menos material y cumplir con los requisitos del proyecto. Reducir la demanda de clínker con alto contenido de carbono ayudará a que la industria del hormigón vuelva a encarrilarse para alcanzar sus objetivos climáticos.

El primer paso para mitigar la huella de carbono del sector es usar menos concreto en cada aplicación, incluso a medida que crecen las aplicaciones. Existen varios métodos existentes y en desarrollo para garantizar la eficiencia del material de hormigón que pueden conducir a grandes ahorros de carbono sin cambiar el material en sí. Los diseños tradicionales de edificios y otros proyectos apuntan a minimizar el costo en lugar de las emisiones de carbono y la capa sobre márgenes de diseño excesivos. Sin embargo, el progreso reciente y en curso en las herramientas de diseño automatizadas permite a los ingenieros y arquitectos estructurales explorar rápidamente más opciones estructurales para un proyecto determinado, teniendo más en cuenta la eficiencia de los materiales.

La publicación de RMI Profitably Decarbonizing Heavy Transport and Industrial Heat se sumerge en los ahorros de hormigón y acero que se pueden lograr de manera rentable a través de un mejor diseño estructural. Por ejemplo, estos métodos de ingeniería ahorraron a la Torre de la Libertad de Nueva York ya la Torre de Shanghái en China un 40 % y un 24 % del uso de hormigón, respectivamente. A medida que mejora el software de diseño automatizado, se espera que el diseño esbelto sea competitivo en costos (en tiempo de diseño) con los métodos actuales y se convierta en el principal impulsor de la reducción de la demanda.

Una segunda palanca es no usar concreto nuevo. En algunos casos, opciones como la reutilización de elementos de hormigón de estructuras antiguas pueden proporcionar reducciones de CO2. Sin embargo, la respuesta correcta variará de una región a otra y dependerá de una serie de otros factores, incluido el tipo de construcción, los requisitos de diseño, la disponibilidad local de materiales y más.

Al mismo tiempo, los códigos de construcción y las preferencias del mercado deben adaptarse para permitir el uso de hormigón con bajo contenido de carbono. A medida que el carbono se convierte en una consideración clave para construir nuestra infraestructura, debemos cerrar la brecha de innovación entre las necesidades de los diseñadores y la tecnología existente. Herramientas como EC3 Tool comparan eficientemente el carbono incorporado de las opciones de diseño del proyecto junto con pruebas rigurosas que allanarán el camino para las estructuras bajas en carbono del futuro.

Además de reducir la cantidad total de hormigón utilizado en los edificios, utilizar menos cemento por unidad de hormigón es otra forma eficaz de reducir el contenido de clínker y la intensidad de carbono del hormigón. Para reducir la intensidad del aglutinante sin aumentar el riesgo, debemos hacer la transición hacia el uso de cemento a granel, como el concreto premezclado, en el que el desperdicio de cemento se reduce hasta en un 30 %, las especificaciones de la mezcla y la creación de la mezcla son más precisas, y se pueden agregar químicos llamados aditivos a mejorar las propiedades del concreto y reducir los requerimientos de cemento.

En muchos países, los constructores siguen prefiriendo el uso de cemento en sacos, lo que conduce tanto al desperdicio como al uso excesivo. La industrialización de una parte del mercado mundial de cemento en sacos (actualmente el 42%) generaría importantes ahorros de cemento, pero requiere inversiones en plantas de concreto premezclado y camiones de cemento y un cambio considerable en la dinámica del mercado local. En regiones como los EE. UU. y la UE, el uso de cemento ya está en gran medida industrializado, mientras que la cuota de mercado del cemento en sacos en la India es de casi el 90 %, lo que ofrece una gran oportunidad para el ahorro de carbono. Las plantas existentes ya están incorporando una amplia variedad de aditivos químicos, como dispersantes, que reducen la necesidad de agua y, en consecuencia, la cantidad de cemento necesaria. Otros aditivos incluyen acelerantes que fortalecen el concreto más rápidamente y agentes de retención de aire que permiten que las burbujas de aire aumenten el volumen y desplacen la entrada de material sólido para aplicaciones de menor resistencia.

La innovación para crear nuevos aditivos, así como aumentar la aplicabilidad, la eficiencia y la competitividad de los costos de las soluciones existentes permitirá reducir drásticamente el contenido de clínker y cemento en el concreto mientras se mantiene el rendimiento en una aplicación determinada.

Las alternativas al cemento portland clinker tradicional también han sido objeto de mucha investigación, pero el costo, el rendimiento de los materiales, la disponibilidad de materias primas y los insumos de energía han resultado en una adopción limitada. Si bien esta palanca tiene algún mérito, es poco probable que se implementen a gran escala estas soluciones de nicho a corto plazo, ya que siguen siendo productos relativamente personalizados que buscan nichos en un mundo altamente mercantilizado.

Sin embargo, el uso de cemento Portland menos ordinario ha ganado terreno de otra manera: sustituyendo cantidades limitadas de materiales cementicios suplementarios (SCM) en las mezclas de cemento para desplazar parcialmente el clínker. Los SCM muestran un comportamiento similar al del clínker cuando se mezclan con agua y contribuyen a la resistencia de la mezcla de cemento, pero en la mayoría de los casos no pueden desplazar completamente al clínker. Los SCM incluyen productos de desecho industriales como escoria de alto horno granulada molida (GBFS) y cenizas volantes, arcillas calcinadas, puzolanas naturales y piedra caliza molida. La relación actual clínker-cemento es de 0,72, pero la Asociación Global de Cemento y Concreto (GCCA, por sus siglas en inglés) apunta a una reducción del 18 % en el contenido global promedio de clínker de cemento para 2050.

La selección de concreto con altas tasas de sustitución de clínker puede reducir inmediatamente las emisiones de carbono relacionadas de un edificio tradicional de cinco pisos en un 32 % con un aumento de menos del 0,5 % en el costo total de construcción. El antiguo Panteón romano está construido completamente con cemento puzolánico natural, mientras que los ejemplos más modernos incluyen The Spheres en Seattle y la Iconic Tower en El Cairo, los cuales utilizan cemento ECOPlanet con bajo contenido de carbono de Holcim. Si bien muchos de estos SCM brindan beneficios de rendimiento, el aumento del tiempo de fraguado y la reducción de la resistencia inicial pueden retrasar los plazos del proyecto e incurrir en costos adicionales en algunos casos.

Mejorar los aditivos acelerantes que mejoran el tiempo de fraguado y la resistencia es crucial para una mayor incorporación de los SCM en el concreto mezclado. Las pruebas adicionales y la actualización de los estándares también son cruciales para mejorar la adopción. Sin embargo, es importante tener en cuenta que se espera que el suministro de cenizas volantes y GBFS disminuya a medida que sus fuentes, las plantas de producción de carbón y acero, respectivamente, se eliminen y descarbonicen, lo que hace que la exploración y extracción de otros SCM sean aún más críticas para crear concreto más ecológico. . Dada la disponibilidad mundial de piedra caliza y arcilla de caolinita calcinada, el cemento LC3, que consta de 50 % de clínker, 30 % de arcilla calcinada, 15 % de piedra caliza y 5 % de yeso, se considera un enfoque prometedor para el futuro del hormigón bajo en carbono. A medida que surjan nuevos SCM y mejoras en el desempeño de los cementos adicionados actuales, el factor de clínker y la intensidad de carbono del concreto seguirán disminuyendo. Sin embargo, el tiempo es esencial en esta década decisiva de acción climática.

Entidades como First Movers Coalition, ConcreteZero, Industrial Deep Decarbonization Initiative y otras están solicitando concreto bajo en carbono ahora, y los proveedores deberán actuar para satisfacer la creciente demanda. La innovación en toda la cadena de valor del concreto puede reducir tanto las emisiones como los costos, empujando los límites técnicos de la intensidad de carbono e informando los cambios de política. Necesitamos un enfoque de múltiples frentes, que apunte a reducciones en concreto, cemento y escoria. Los ingenieros estructurales del futuro explorarán rápidamente una frontera eficiente de opciones de diseño utilizando software de última generación, mientras que las plantas de concreto premezclado entregan concreto con menos emisiones de carbono a los proyectos. Estas reducciones de la demanda son solo una parte de la ecuación, y las medidas del lado de la oferta, como los combustibles alternativos, la electrificación y la captura de carbono, deberán eliminar las emisiones restantes.

A través de Mission Possible Partnership, RMI se ha asociado con Energy Transitions Commission, Systemiq, World Economic Forum, European Cement Research Academy (ECRA) y GCCA para explorar cada una de estas palancas de descarbonización además de las palancas de descarbonización en el lado de la oferta en el próximo futuro. Estrategia de Transición del Sector del Cemento por publicarse. La industria del hormigón y el cemento se encuentra en la cúspide de una transformación radical en su viaje hacia la transición de energía neta cero.

Por Ben Skinner y Radhika Lalit, © 2023 Rocky Mountain Institute. Publicado con permiso. Publicado originalmente en RMI Outlet.

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