Aproximadamente, el ocho por ciento de las emisiones de dióxido de carbono de todo el mundo se generan durante la producción de cemento tipo portland, el empleado en la inmensa mayoría de las construcciones. Desde hace años, en el mercado hay un sustituto para este material mucho más limpio, sin embargo, su uso solamente representa un diez por ciento, porque todavía necesitan un desarrollo mayor que los equipare con los tradicionales.
Para revertir esta situación, un equipo de la Universidad de Málaga analizará, con un nivel de detalle sin precedentes, cómo es el comportamiento de los cementos de baja huella ambiental, y conseguir que estos productos puedan competir en igualdad de condiciones con el cemento portland.
Actualmente, el cemento tipo portland no tiene competencia en cuanto a comportamiento mecánico, velocidad de endurecimiento y precio. Se obtiene al descomponer carbonato cálcico en un horno, un proceso que en sí mismo emite más de la mitad de los gases contaminantes asociados a la producción del cemento. El resto de la huella de carbono de la producción de cemento se genera en el calentamiento del horno, que supone un 35 por ciento emisiones; a lo que también hay que sumar los gases generados durante el transporte del material y por otras industrias implicadas en la producción del cemento.
Por qué los cementos ecológicos no copan el mercado
Como alternativa a este cemento tan contaminante se han desarrollado otros más ecológicos, en cuyo proceso de producción se emiten hasta un 55% menos de gases contaminantes. Sin embargo, todavía no copan el mercado, debido a que su tiempo de fraguado es mayor que el del cemento tipo portland.
Los también llamados cementos de baja huella de carbono están hechos con materiales puzolánicos, procedentes de cenizas volcánicas o de origen agrícola; o también se pueden emplear con arcillas locales en su proceso de fabricación. Y la manera de obtenerlos es muy similar, basado en la cocción de las cenizas o las arcillas. Y su comportamiento mecánico es prácticamente igual que el del cemento portland, pero no ocurre lo mismo con el tiempo de fraguado.
El tiempo de endurecimiento, o lo que los expertos llaman hidratación, es de entre 5 y 7 días, frente a los dos que precisa el tipo portland. Y esta demora hace que su uso en construcción sea económicamente inviable.
Qué se va a investigar sobre los cementos ecológicos
Un equipo de la Universidad de Málaga, liderado por el catedrático de Química Inorgánica, Miguel Ángel García Aranda, va a analizar el proceso de hidratación de los cementos de baja huella de carbono, y lo hará a un nivel de detalle sin precedentes a nivel Internacional, con el objetivo final de dar con la fórmula para acelerar el endurecimiento de los cementos ecológicos. Para lograrlo, García Aranda cuenta con una de las ayudas ERC Advanced Grant de la Comisión Europea, por la que recibirá 2,5 millones de euros durante los próximos cinco años.
El proyecto aborda el mecanismo por el que endurece el cemento de baja huella de carbono, y para ello «vamos a emplear técnicas muy sofisticadas, como la tomografía de rayos X, una radiografía desde varios ángulos para reconstruir tridimensionalmente el material, pero a un nivel mil veces más detallado que una tomografía de rayos X empleada en medicina; vamos a llegar por debajo de 0.1 micras”, explica.
Junto a las radiografías avanzadas que ofrece la técnica de la tomografía, el grupo de García Aranda observará el proceso con la técnica de difracción. Y todos estos trabajos de análisis se llevarán a cabo con el instrumental de los Servicios Centrales de Apoyo Investigación de la Universidad de Málaga.
Cuál es el objetivo de esta investigación
Realmente, con esta investigación de gran envergadura no se va a desarrollar un cemento nuevo ni tampoco elementos químicos que aceleren el proceso de hidratación, sino que se persigue describir el proceso de manera detallada, con el objetivo de “comprender el proceso para poder alcanzar la fluidez y la durabilidad adecuadas”.
A diferencia de otras muchas investigaciones realizadas por grupos nacionales e internacionales, no se aplicará el modelo de ensayo-error. Los investigadores de la Universidad de Málaga irán “más allá, para controlar el proceso, aunque eso ahora mismo es más buen un deseo que una realidad”, confiesa García Aranda.
Por qué se produce el endurecimiento del cemento
El endurecimiento del cemento portland se produce por el contacto del conjunto de silicatos cálcicos que lo forman con el agua. Entonces, se desencadena un proceso de disolución; al que le sigue uno de precipitación, en el que los silicatos se sobresaturan y van precipitando hidratos, que hacen el papel del ‘pegamento’ que une el material y le da solidez. “Actualmente, del proceso de endurecimiento se conoce muchísimo, pero cuando se entra al detalle se ve que no es tan conocido como parece”, explica.
La hidratación del cemento es un proceso multifásico. Intervienen otros muchos factores, ya que al cemento se le añaden arena y grava, y aparecen nuevos hidratos que endurecen la estructura. “No se sabe por qué en los cementos de baja huella de carbono el proceso va más lento. De ahí que nosotros trataremos de identificar ese cuello de botella, que hace que todo vaya más despacio”.
Cómo se va a acelerar el proceso de fraguado del cemento ecológico
Una vez se haya alcanzado un conocimiento detallado del endurecimiento del cemento portland, el siguiente paso va a consistir en copiar el proceso y hacer que ocurra en los cementos ecológicos. Para ello ya hay varias ideas. Una de las más novedosas y que se va a probar en este proyecto con financiación europea tiene como base la nanotecnología. Los investigadores van a añadir nanopartículas en suspensión acuosa, que ellos llaman “semillas”, que ayudan a la cristalización y a la aceleración del proceso.
El uso de la nanotecnología y las nanopartículas genera recelos, ya que se asocian estos conceptos a un encarecimiento del material, y en este caso no es así. Además, desde el punto de vista de la salud se desconfía de las nanopartículas, ya que se piensa que podrían quedar en suspensión y afectar a las personas. Sin embargo, al ser un proceso en el que interviene el agua, éstas quedarían atrapadas en el material y no supondrían ningún riesgo para la salud.
“Ya hay productos comerciales, pero no se entiende el proceso. Nosotros vamos a ver por qué estas nanopartículas aceleran y cómo conseguir que aceleren todavía más”, explica el investigador de la Universidad de Málaga.
Una segunda línea de trabajo para acelerar la hidratación de los cementos de baja huella de carbono se basa en el uso de alcalonaminas, productos químicos empleados desde hace años para este fin, pero cuyo mecanismo de acción no se ha descrito con exactitud.
“Con todas estas técnicas tomográficas vamos a observar el proceso a un nivel de detalle sin precedentes y dar con un mecanismo para acelerar el proceso, y hacerlo con fundamento, no con ensayo-error, un camino que llevaría unos diez años para ensayar con todas las posibilidades”, concluye García Aranda
Esta investigación contribuirá a poner en el mercado cementos ecológicos de las mismas prestaciones que los convencionales.
