La investigación liderada por la académica Tiziana Vanorio, de la Universidad de Stanford, apunta a la producción de cemento con baja emisión de CO2. Pero eso no es todo, ya que este nuevo Clinker le daría al material una resistencia natural mucho mayor gracias a la presencia de nanofibras naturales, haciendo que el hormigón fabricado con este nuevo cemento también incremente su resistencia, sin necesidad de reforzarlo con otros productos.
Después del agua, el hormigón es el material más utilizado por el hombre y esto continuará en aumento a medida que las ciudades necesiten de más y mejor infraestructura para enfrentar diferentes desafíos, entre ellos, el fenómeno del cambio climático, por lo que se necesitará estructuras resilientes que puedan mitigar sus efectos.
Por este motivo, el aumento en la producción de hormigón es necesaria, lo que se traduce en un incremento del ingrediente principal para la fabricación del material: el cemento y para fabricarlo, es necesario fabricar Clinker. Para ello, se necesita caliza, una roca sedimentaria compuesta principalmente por carbonato de calcio, la que se extrae de canteras, se chanca y se calienta en hornos con altas temperaturas junto a otros materiales para obtener el Clinker, necesario para la producción de cemento.
Para generar la energía necesaria para lograr calentar la caliza y fabricar el Clinker, es necesaria una enorme cantidad de combustible, lo que se traduce en las cifras de huella de CO2 ya reportadas que genera la industria del cemento. Sin embargo, investigadores de la Universidad de Stanford, en Estados Unidos, en aras de lograr que el cemento sea un material sostenible que mitigue los efectos del cambio climático, aseguran que, cambiando al componente principal para fabricar el Clinker, se lograría reducir hasta en un 70% las emisiones de CO2, sin necesidad de alterar el proceso que lo produce y, con ello, sin afectar a la industria.
Reemplazando caliza por roca volcánica para un cemento con menos CO2
Para Tiziana Vanorio, académica asociada de Geofísica y quien lidera esta investigación, el hormigón “es ubicuo porque es uno de los materiales para construir más eficientes en términos de costo, es fácil de manipular y puede ser moldeado en prácticamente, cualquier forma”.
De esta forma, el enfoque que propone Vanorio y si equipo es cambiar la “receta” del Clinker -elemento necesario para la fabricación del cemento- y reemplazar a la caliza, roca que de por sí ya tiene CO2 encapsulado y que, gracias al proceso para hacer el Clinker, libera ese CO2 encapsulado que se suma al que generan los hornos, por otro material: roca volcánica.
“Podemos tomar esta roca, molerla y luego calentarla hasta producir Clinker, utilizando el mismo equipo e infraestructura que actualmente se utiliza para hacer el Clinker de calizas”, explicó la académica.
Si bien existen varias investigaciones y desarrollos que apuntan al reemplazo del Clinker -por ejemplo, utilizar cenizas volantes provenientes de plantas de carbón en vez de calizas, el uso de acelerantes para que los hornos alcancen altas temperaturas en menor tiempo o la captura del CO2 para inyectarlo a la mezcla, entre otros- lo que propone Vanorio y su equipo es completamente distinto, ya que implicaría reemplazar la roca caliza, de alta concentración de CO2 embebido, por roca volcánica, la que puede hallarse en muchas regiones volcánicas alrededor del mundo.
¿Cuáles son las ventajas de este Clinker producido con roca volcánica? La académica explicó que al mezclar este nuevo material, con bajo porcentaje de CO2, con agua caliente, no sólo se transforma en cemento, sino que también promueve el crecimiento de largas cadenas de moléculas entrelazadas que, al observarlas bajo un microscopio, se ven como fibras enredadas. Este tipo de estructuras existen en rocas que han cementado de forma natural en ambientes hidrotermales, por ejemplo, lugares donde el agua hirviendo circula de forma natural justo debajo del suelo o en las antiguas bahías romanas, fabricadas con hormigón sin refuerzo y que han sobrevivido por 2 mil años a la acción corrosiva del agua de mar y el oleaje.
¿Un hormigón con mayor resistencia?
De acuerdo a la académica, la idea de este nuevo Clinker es que, justamente, el hormigón producido con este tipo de cemento tenga estas microfibras minerales para agregar mayor resistencia al material y así, evitar fisuración en las estructuras que con éste se fabriquen.
“Al hormigón no le gusta ser estirado. Si no tiene algún tipo de refuerzo, se quebrará antes de doblarse debido a ese esfuerzo”, explicó Vanorio al portal de noticias de la Universidad de Stanford. En la actualidad, el hormigón reforzado se logra utilizando barras de acero. “Nuestra idea es hacer eso pero a escala nano, aprendiendo cómo estas microestructuras fibrosas refuerzan de forma efectiva las rocas, y las condiciones naturales que las producen”, agregó.
Para investigar este proceso, Vanorio se asoció con Alberto Salleo, actual jefe del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales la misma casa de estudios. “Es más y más aparente que el cemento puede ser programado a nano-escala y por lo mismo, también debiese ser estudiado a ese nivel”, aseguró.
En ese aspecto, para Salleo muchas de las propiedades inherentes del cemento provienen tanto de los pequeños defectos del material, como también, de la resistencia que se forma cuando se unen sus distintos componentes. Estas microfibras que crecen y se entrecruzan durante el proceso de cementación de la roca pulverizada actúan como cuerdas tensadas que añaden resistencia al material. “Nos gusta decir que los materiales son como las personas: son los defectos en ellos los que los hacen interesantes”, comentó.
Por lo mismo, el académico está participando en la investigación liderada por Tiziana Vanorio, con quien ya había colaborado en 2019 en otros trabajos relacionados con la geofísica de las rocas. En ese sentido, el profesor dijo que el desarrollo de este nuevo Clinker bajo en carbono “es otra forma reducir la cantidad de CO2 que emitimos a la atmósfera”.
“Si vamos a reducir de manera considerable la emisión de CO2 a la atmósfera, hasta alcanzar los niveles necesarios para prevenir el catastrófico cambio climático, entonces necesitamos transformar la forma en que hacemos cemento”, sentención la académica.
