Un equipo de la Universidad de Rice trabajó una interesante técnica para producir grafeno a partir del coque metalúrgico, material con el que reemplazaron el árido natural en hormigones de ensayo. El estudio arrojó positivos resultados, generando un material que, dicen los investigadores, podría aportar en la generación de construcciones más sostenibles y durables.
De acuerdo con datos de Naciones Unidas, en la actualidad más de la mitad de la población mundial vive en ciudades y, para el año 2050, esa cifra crecerá a cerca del 70%, lo que significa tener asentamientos urbanos que sean sostenibles, resilientes, con instalaciones sanitarias, eléctricas y de manejo de residuos adecuados. Por este motivo y por sus características de durabilidad y resistencia, el hormigón se transformará en el material ideal en la construcción de las ciudades del futuro.
Para producir hormigón, se necesitan tres elementos: cemento, agua y áridos. Este último, dado el incremento en la fabricación del material, está pasando por una crisis a escala global: la explotación irregular del recurso -que ya se considera como estratégico- está provocando su escasez y, dada la importancia que tiene para producir hormigón, esto puede repercutir en la construcción de las ciudades que se necesitarán a futuro.
Dado este panorama, el uso tanto de áridos reciclados de hormigón, provenientes de residuos de demolición, como también, de áridos artificiales a partir de la escoria de procesos siderúrgicos, son claves para disminuir el impacto de la extracción de áridos naturales.
Siguiendo esa línea, un grupo de investigadores de la Universidad de Rice realizaron un estudio para analizar si el grafeno derivado de coque metalúrgico, un producto basado en carbono, podría servir no sólo como aditivo de refuerzo sino como árido para el hormigón.
Un árido artificial de grafeno y su impacto en el hormigón
Según informó James Tour, profesor de T.T. y W.F. Chao, y académico de química, ciencias de los materiales y nanoingeniería de la Universidad de Rice, este nuevo “árido de grafeno” podría tener “un impacto sustantivo sobre una de las industrias más grandes del mundo. Al comparar el hormigón con áridos de grafeno con el material con arena, por ejemplo, descubrimos que nuestro hormigón es un 25% más liviano, como también, más resistente”.
El equipo informó en un comunicado de prensa que el grafeno que sustituye al árido en el hormigón se produjo gracias al uso de una técnica de calentamiento en julios sobre el coque metalúrgico. “Los experimentos iniciales, donde el coque metalúrgico se transformó en grafeno, resultaron en un material cuyo tamaño era similar al de la arena”, apuntó Paul Advincula, candidato a Doctor de la Universidad de Rice y autor principal del estudio.
“Decidimos explorar el uso de este grafeno derivado del coque metalúrgico como reemplazo total del árido en el hormigón y los resultados muestran que cumple muy bien con las solicitaciones”, agregó.
Si bien antes el grafeno se había utilizado como aditivo o fibra, hasta esta investigación, no se había probado su uso como reemplazo del árido para la producción de hormigón. Y, según informaron desde la Universidad, el árido de grafeno no sólo muestra coincidencias con las propiedades mecánicas de un hormigón con árido natural. Los ensayos también evidenciaron una ratio mayor en la relación resistencia-peso.
Analizando las posibilidades del nuevo hormigón
Hasta el momento, los resultados del estudio son sólo a escala de laboratorio. Sin embargo, Advincula comentó el desarrollo de esta técnica de producción de grafeno como sustituto de árido natural posee los atributos necesarios para escalarla a nivel industrial, además de tener el potencial de disminuir el impacto sobre la extracción del árido y el desarrollo de hormigones con baja huella de CO2.
“El hecho que nos encontremos al borde de una crisis del árido, como la calificó la ONU, nos motiva a buscar alternativas y, en ese sentido, el coque metalúrgico, cuyo costo es similar al de la arena y aproximadamente un 10% del costo del hormigón, podría ayudar no sólo a producir hormigones de mejor calidad, sino también, a ser más eficientes en términos de valor del material”, agregó Satish Nagarajaiah, académico de Ingeniería Civil, Medioambiental y Mecánica del Universidad de Rice, que también participó en este estudio.
Junto con esto, el equipo destacó que la técnica para producir el árido de grafeno a través del calentamiento en julios del coque metalúrgico puede resultar en una alternativa más eficiente a la hora de obtener el material. “Es más rápida y se puede desarrollar a gran escala”, comentó Paul Advincula. Por ahora, el estudio está en fase de desarrollo, a la espera de generar incentivos suficientes para una producción mayor de este hormigón con áridos de grafeno.
