Cemento reciclado: fuerte y con menos emisiones

Cemento reciclado de bajo carbono: fuerte y con menos emisiones

Dando una segunda vida a los materiales de construcción tras su demolición, ingenieros de la Universidad de São Paulo y Princeton han desarrollado un método para reciclar residuos y crear un cemento reciclado de bajo carbono, una alternativa sostenible que ofrece un rendimiento comparable al estándar de la industria.

En su artículo, publicado en ACS Sustainable Chemistry & Engineering, los investigadores demostraron que las mezclas que contenían hasta un 80% de este cemento reciclado de bajo carbono eran tan resistentes como el cemento Portland convencional, mientras generaban una fracción de las emisiones de carbono. El cemento Portland es el aglutinante más común para fabricar concreto, pero su alta intensidad de carbono lo convierte en el principal responsable de que la industria del cemento y el concreto represente cerca del 8% de las emisiones globales.

Si se aplicara completamente y se combinara con otras tecnologías emergentes que sustituyen al cemento, los investigadores estiman que las emisiones de la industria podrían reducirse hasta un 61%. Esta cifra supera con creces la reducción del 9% proyectada por la Asociación Global de Cemento y Concreto mediante métodos de sustitución de clínker.

“El avance aquí es que se pueden obtener propiedades a corto y largo plazo esencialmente iguales a las del cemento Portland con una alternativa baja en carbono compuesta mayoritariamente por materiales reciclados,” comentó Claire White, coautora del estudio y profesora de ingeniería civil y ambiental en el Centro Andlinger para la Energía y el Medioambiente.

Hacia cementos circulares y de bajo carbono

El núcleo del método de reciclaje es el calor. Después de pulverizar el concreto en polvo fino —estimando que de los cinco gigatoneladas de residuos de concreto producidos anualmente se podría recuperar una gigatonelada—, el equipo lo calienta a 500 °C. Esta temperatura es suficiente para deshidratar el polvo de cemento y restaurar sus propiedades como aglutinante, sin provocar la descomposición de los componentes carbonatados, lo que evita emisiones adicionales de CO₂.

Aunque este cemento reciclado de bajo carbono puede usarse por sí solo, su alta porosidad y demanda de agua durante el mezclado reducen su resistencia. Sin embargo, al combinarlo con pequeñas cantidades de cemento Portland o piedra caliza finamente molidos, el aglutinante resultante mostró una resistencia y trabajabilidad comparables a los estándares industriales.

La mejora en la resistencia se debe a que estos materiales finos llenan los poros del cemento reciclado con algo distinto al agua, reduciendo su demanda y formando nuevos productos de hidratación que refuerzan el material.

“Antes, si usabas solo cemento reciclado termoactivado, no funcionaba lo suficientemente bien,” dijo White. “Pero al reducir el área superficial y optimizar la estructura del material, se logra un comportamiento comparable al del cemento Portland.”

Beneficios del cemento reciclado de bajo carbono

Como el proceso reutiliza residuos de construcción, este material puede impulsar una economía circular del carbono, generando menos emisiones que otras alternativas de bajo impacto ambiental. Por ejemplo, se estima que este cemento reciclado de bajo carbono emite entre 198 y 320 kg de CO₂ por tonelada, hasta un 40% menos que el cemento LC3 (cemento calcinado de arcilla y caliza).

“Con esta tecnología, podríamos imaginar ciudades mucho más circulares que las actuales,” dijo Angulo. “Los materiales de infraestructuras demolidas pueden reutilizarse directamente en nuevos proyectos.”

Retos para su implementación

A pesar de sus beneficios, Angulo y White reconocen obstáculos tecnológicos, económicos y regulatorios para su despliegue a gran escala. Escalar la tecnología requeriría mejores métodos de clasificación y procesamiento de residuos, con un enfoque en la circularidad y no en el vertedero. Además, sería más viable en ciudades maduras con infraestructura envejecida, más que en áreas en desarrollo.

También habría que actualizar los códigos de construcción, que aún se basan en recetas de composición específicas. Se necesita una transición a estándares basados en el rendimiento. Algunos países de Europa y América Latina ya han iniciado esta transición.

“En Brasil, ya empezamos a implementar estándares basados en rendimiento para envolventes no estructurales y suelos,” afirmó Angulo. “Actualizar los códigos es clave para permitir la innovación en la construcción.”

Una colaboración internacional para el futuro del cemento sostenible

Este trabajo surgió durante la estancia de Angulo en Princeton en 2023 como investigador visitante en el grupo de White. La colaboración continúa tras su regreso a Brasil y ha aportado nuevas capacidades de investigación a ambos grupos.

Angulo se benefició de la experiencia de White en técnicas como la dispersión total de rayos X, lo que le ayudó a comprender mejor los mecanismos detrás del cemento reciclado de bajo carbono. Por ejemplo, realizaron experimentos para entender cómo cambia la estructura atómica durante la activación térmica, lo que aportará información sobre su durabilidad y reciclabilidad real.

Para White, fue una oportunidad de estudiar un tipo de cemento que nunca había explorado, pese a su trayectoria en concreto de bajo carbono. Más allá del proyecto específico, la visita de Angulo enriqueció el enfoque de su equipo en muchos proyectos.

“Esta colaboración ha sido beneficiosa en ambas direcciones,” comentó White. “Sérgio aportó su conocimiento técnico, mi grupo sus técnicas de caracterización, y juntos abordamos grandes desafíos de este material.”

Mas información: Universidad de Princeton