Cómo la construcción se ve presionada a descarbonizar su cemento más rápidamente

Representación digital del cruce del Bajo Támesis, Reino Unido. Nuevas carreteras y un túnel de doble vía bajo el Támesis conectarán la autopista M25, cerca de Brentwood, con la A2, al este de Gravesend (Foto: Carreteras Nacionales).

Éste es el mensaje de Andrew Kidd, director de sostenibilidad medioambiental del Programa de Cruce del Bajo Támesis de National Highways, valorado en 9.000 millones de libras (10.600 millones de euros) en el Reino Unido.

El cemento se basa en el clínker, el producto de los hornos de cemento que se forma tras calentar una mezcla de materias primas (como caliza y arcilla) a una temperatura intensa de 1450 °C (2650 °F). En combinación con las reacciones químicas implicadas, las emisiones de carbono resultantes del proceso representan el 90 % de la huella de carbono total del cemento.

La escoria de los altos hornos utilizada en la producción de acero se ha empleado durante mucho tiempo como complemento bajo en carbono del cemento en las mezclas de hormigón. Sin embargo, a medida que la industria siderúrgica avanza hacia la descarbonización, surge un problema.

Si bien la producción actual de acero se basa en un 70 % en altos hornos y un 30 % en hornos de arco eléctrico (EAF), la producción de acero depende cada vez más de estos últimos, ya que es un método más ecológico de producción. Esto se traduce en menos escoria para el cemento con bajo contenido de carbono.

En el futuro, la fabricación de acero dependerá cada vez más, y posiblemente de forma exclusiva, de hornos eléctricos de arco.

Como resultado, la industria del cemento se está viendo obligada a repensar radicalmente sus procesos, enfoques y sistemas, y a encontrar "ingredientes" de reemplazo más ecológicos para impulsar un futuro con bajas emisiones de carbono.

La construcción tiene que innovar mucho más rápido

Andrew Kidd, director de sostenibilidad ambiental del Programa de Cruce del Bajo Támesis de National Highways (imagen proporcionada)

Kidd, quien lidera la descarbonización del Lower Thames Crossing, que alivia la presión sobre el Dartford Crossing sobre el Támesis cerca de Londres, está buscando nuevas formas de descarbonizar el cemento utilizado en la construcción del proyecto.

“Constituimos el Cruce del Bajo Támesis como un referente en la industria de la construcción con bajas emisiones de carbono. Nuestra misión es construir el proyecto con las menores emisiones posibles, pero, con todos los proyectos actuales, es necesario demostrar que la infraestructura se construye con una intensidad de carbono acorde con los presupuestos de carbono”, afirma.

Nuestro mayor desafío es que la industria de la construcción actualmente emite más carbono que en 1990, y aun así, tenemos el compromiso nacional de lograr una reducción del 68 % para 2030. Estaremos a mitad de camino en la construcción del proyecto en 2030 y queremos contribuir al cumplimiento de nuestros compromisos nacionales de reducción de carbono. El desafío no hará más que crecer. El gobierno anunció recientemente un nuevo objetivo de reducción del 81 % en las emisiones para 2035, por lo que tenemos una gran oportunidad de hacer algo radicalmente diferente con el proyecto del Cruce del Bajo Támesis.

Kidd señala que la industria de la construcción, generalmente conservadora y acostumbrada a evolucionar lentamente, está teniendo que cambiar su enfoque.

Ahora tiene que innovar a un ritmo mucho mayor que en los últimos dos siglos. Se ha producido un cambio real en el enfoque de las grandes empresas y en su afán por innovar y lanzar nuevos productos al mercado.

Las empresas emergentes con bajas emisiones de carbono ofrecen nuevas soluciones

Una empresa emergente que ha ideado un nuevo enfoque para el cemento bajo en carbono es Reclinker (anteriormente conocida como Cambridge Electric Cement), una empresa derivada de la Universidad de Cambridge.

Primer plano macro de fragmentos y partículas de clínker de cemento triturado antes de ser molido hasta obtener un polvo fino para su uso en hormigón y materiales de construcción. (Imagen: AdobeStock - stock.adobe.com)

Recientemente nombrada en la lista 50toWatch de Cleantech Group de este año, Reclinker ha logrado fabricar el componente reactivo del cemento Portland común evitando al mismo tiempo las principales fuentes de emisiones.

El método implica tomar el hormigón viejo de edificios y estructuras que han sido demolidos, triturarlo para separar la pasta de cemento vieja (y, en ese momento, no reactiva) y el agregado limpio.

Si bien el agregado puede continuar utilizándose en otro lugar, la pasta de cemento vieja pasa a través de un horno eléctrico de arco junto con el proceso regular de fabricación de acero y, gracias al proceso exclusivo de Reclinker, se obtiene cemento nuevo, que la empresa llama Cambridge Electric Cement (CEC) .

La revista científica Nature revisó y publicó recientemente el análisis completo de materiales y espectroscopía de Reclinker, y confirmó que cumple con las especificaciones del cemento Portland común, es decir, más de un 67 % de compuestos de Alite y Belite juntos en la proporción óptima, y capaz de brindar resistencia tanto "el primer día" como "máxima".

Kidd afirma: «Lo que Reclinker produce no es un material complementario como la escoria de alto horno; es un sustituto directo del propio cemento. Y si bien es inevitable que esta innovación tenga un coste ecológico, no requiere que la industria de la construcción modifique sus métodos de trabajo habituales».

Nuevos materiales cementantes suplementarios (SCM)

Pete Winslow es director de Ingeniería de Expedición en The Useful Simple Trust, un grupo de estudios de diseño profesionales que impulsan el cambio. Se centra en impulsar las mejores prácticas y la innovación en la descarbonización del hormigón y el acero para crear un entorno construido más sostenible.

Pete Winslow, director de ingeniería de expediciones, The Useful Simple Trust (Imagen: Andrew Mason)

Winslow, quien también preside el panel de investigación de la Institución de Ingenieros Estructurales y el Grupo de Descarbonización del Hormigón del Grupo de Clientes de Infraestructura, afirma: «En general, la industria del cemento no se está descarbonizando con la suficiente rapidez. Ha sido difícil porque se trata de un material difícil de abordar y existen muchos activos en todo el mundo con permisos, permisos de planificación y procesos establecidos para la producción de cemento y hormigón. Necesitamos hormigón y cemento a diario; de lo contrario, no podemos construir centrales nucleares, los cimientos de turbinas eólicas, embalses para nuestra seguridad hídrica, nuestras defensas contra inundaciones, ni siquiera un transporte público con bajas emisiones de carbono».

La industria se transformará con el tiempo, pero necesitaremos que todas las grandes empresas mundiales del cemento y el hormigón se sumen a este proceso. Muchas están empezando a hacerlo, pero el enfoque no es lo suficientemente rápido. Y por eso las startups, las disruptoras que pueden innovar y probar algo diferente, son clave.

Junto con Reclinker, ve valor en startups como Seratech y NeoCem, que están cubriendo el vacío dejado por la disminución de la escoria de alto horno para ofrecer una solución alternativa a medio camino. Estas empresas se centran en la producción de materiales cementantes suplementarios (SCM), que reducen la huella de carbono del hormigón al desplazar parte del cemento utilizado en la mezcla. Además de la escoria de alto horno, los SCM convencionales incluyen arcilla calcinada, piedra caliza finamente molida y cenizas volantes (residuos de la combustión del carbón). Siempre que se desplace solo un porcentaje del cemento, se puede reducir la huella de carbono de la mezcla total sin afectar significativamente el rendimiento del hormigón.

Winslow añade: «Existen muy pocas tecnologías que puedan afirmar ser eliminadoras completas de carbono, por lo que es crucial ampliar la escala de empresas como Reclinker y de materiales de construcción de alta eficiencia (SCM) alternativos, como la arcilla calcinada, que son muy abundantes y, además, relativamente económicas. Muchos altos hornos no funcionarán durante tanto tiempo, lo que significa que necesitamos utilizar alternativas a la escoria de alto horno. Algunas arcillas calcinadas tratadas térmicamente pueden utilizarse para sustituir el 50 % del cemento, lo que permite obtener un hormigón de gran calidad».

Aunque se reprocesan enormes cantidades de acero en hornos de arco, la capacidad de producción de cemento no alcanza ni de lejos la cantidad total de cemento que necesita el mundo. El cemento reciclado rendiría el doble si se mezclara al 50% con arcilla calcinada, en lugar de usarlo como un producto equivalente.

Cementos completamente nuevos

Mientras tanto, empresas estadounidenses como Sublime Systems, una filial del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), y Brimstone, con sede en California, se centran en ofrecer cementos más ecológicos y totalmente nuevos.

Brimstone inicia su proceso único con una roca “nueva”, es decir, rocas de silicato de calcio libres de carbono en lugar de piedra caliza convencional con alto contenido de carbono, que libera CO2 cuando se procesa.

El enfoque de Sublime utiliza la electroquímica en lugar del calor y la combustión para producir un cemento bajo en carbono. Actualmente en fase de prueba, han tenido cierto éxito en la producción de hidróxido de calcio, que, al combinarse con sílice, puede utilizarse en lugar del cemento. Si bien estos materiales pueden presentar resistencias finales similares a las del cemento Portland, los tiempos de curado y la resistencia inicial pueden ser diferentes a los que está acostumbrado el sector de la construcción.

Un camión de cemento en la planta de concreto de CEMEX Hollywood en Los Ángeles, California, EE. UU. (Imagen: GDMatthews vía AdobeStock - stock.adobe.com)

Sin embargo, Sublime ha recaudado hasta la fecha más de 200 millones de dólares de importantes inversores en tecnología climática, importantes productores de cemento y acuerdos de cooperación del Departamento de Energía de Estados Unidos, y busca construir una planta única en su tipo este año.

Kidd afirma: «Al estar radicadas en EE. UU., una de las ventajas de Brimstone y Sublime es el acceso a una inversión gubernamental mayor y más audaz. Me gustaría ver más inversión pública y privada para apoyar a las empresas británicas de este sector. La industria de la construcción no invierte lo suficiente en sí misma. Nuestras grandes constructoras suelen operar con márgenes ajustados, y puede ser difícil reinvertir. Y, si analizamos las estadísticas a largo plazo del sector de la construcción, la inversión en I+D es bastante baja en comparación con otras industrias. La gran oportunidad ahora es revolucionar el paradigma, invertir en el futuro y crear una industria globalmente competitiva en un mundo de cero emisiones netas».

Mientras tanto, la captura y almacenamiento de carbono (CAC) sigue siendo un tema candente para el Gobierno del Reino Unido. Este proceso busca capturar el CO2 emitido durante la fabricación del cemento y secuestrarlo inmediatamente.

Kidd afirma: «Esta idea de que se puede aprovechar el cemento existente, incorporar la captura de carbono y que esto será un factor clave para alcanzar la neutralidad de carbono no será aplicable a todos ni en todas partes. El Reino Unido tiene la suerte de contar con antiguos yacimientos de gas para almacenar/utilizar el carbono, pero esto no aplica a todas las cementeras del mundo. Si bien ya existen numerosos hornos de arco eléctrico a nivel mundial, la opción del cemento eléctrico es inherentemente escalable, con la ventaja adicional de que la industria de la construcción no tendrá que adaptar sus procesos».