Científicos de la Northwestern University, liderados por el Doctor y académico Alessandro Rotta, desarrollaron un innovador proceso que convierte al dióxido de carbono en materiales sólidos, durables y que secuestran carbono en su composición química, el que podría utilizarse para reemplazar el árido natural para la producción de hormigón.
La Organización Meteorológica Mundial (WMO) confirmó que 2024 fue el año más cálido jamás registrado al superar en cerca de 1,55°C los niveles preindustriales, demostrando que el fenómeno del calentamiento global es una realidad irrefutable y que “significa que tenemos que luchar aún más para encarrillar su corrección. Las temperaturas abrasadoras de 2024 nos obligan a adoptar en 2025 medidas climáticas pioneras”, aseveró António Guterres, secretario general de Naciones Unidas.
Al respecto, científicos de todo el mundo enfocan sus trabajos en la generación de innovaciones que permitan mejorar las técnicas de captura de CO2, desarrollo considerado como pilar en la mitigación de los efectos del calentamiento global. En ese sentido, muchos trabajos buscan una manera de capturar el dióxido de carbono desde el aire y “secuestrarlo” en el subsuelo, un enfoque que, si bien ofrece varios beneficios en cuanto al clima, no maximiza la gran cantidad de CO2 que hay en la atmósfera.
Para dar cuenta de ello, un equipo de investigadores de la Universidad Northwestern, en Estados Unidos, trabajaron en un nuevo enfoque que, por una parte, captura el CO2 del aire y al mismo tiempo, lo convierte en materiales valiosos que pueden utilizarse para la producción de cemento y hormigón, entre otros. ¿Cuál fue esta nueva metodología para generar el nuevo material? Utilizar una mezcla de agua de mar, electricidad y CO2.
Desarrollando un nuevo enfoque para un material sostenible
“El cemento, el hormigón, el yeso y la pintura son materiales que se componen principalmente de compuestos derivados de minerales a base de calcio y magnesio, que a menudo se obtienen de áridos, lo que denominamos arena. Actualmente, la arena se obtiene a través de canteras en montañas, lechos de ríos, costas y el fondo del océano. En colaboración con una importante cementera a nivel global, desarrollamos un enfoque alternativo para obtener arena: no excavando en la tierra sino aprovechando la electricidad y el CO2 para generar materiales similares a la arena en agua de mar”, explicó Alessandro Rotta Loria, Ph.D en mecánica de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), profesor asociado en la Escuela de Ingeniería de Northwestern y líder de este proyecto.
El desarrollo de este nuevo tipo de árido -que podría utilizarse para la producción de cemento y hormigón- se basa en dos trabajos previos del Doctor Rotta: el uso de agua carbonatada para secuestrar CO2 en el material y el uso de energía eléctrica para producir cemento del suelo marino.
Para la generación de este nuevo tipo de árido, el equipo liderado por Rotta insertó electrodos en el agua de mar y aplicó corriente eléctrica de baja intensidad. Esta corriente separó las moléculas de agua en gas e iones de hidrógeno. Mientras mantenían la corriente, los investigadores aplicaron burbujas de CO2 al agua de mar, proceso que modificó la composición química del agua, aumentando la concentración de iones de bicarbonato.
Finalmente, los iones de hidróxido y los iones bicarbonato reaccionaron con otros iones disueltos, tales como el calcio y el magnesio, lo que ocurre de manera natural en el agua de mar. La reacción produjo minerales sólidos, incluyendo carbonato de calcio e hidróxido de magnesio. El carbonato de calcio actúa como sumidero de carbono, mientras que el hidróxido de magnesio secuestra el carbono a través de interacciones adicionales con el CO2.
Aplicaciones del nuevo “árido” en la producción de hormigón
A través de la experimentación, el equipo liderado por el profesor Rotta realizó dos descubrimientos significativos. No sólo lograron convertir estos minerales en áridos, sino que también lograron modificar su composición controlando factores experimentales como el voltaje y la corriente eléctrica, el flujo de agua, el tiempo y duración de la aplicación de CO2 y el caudal, tiempo y duración de la recirculación del agua de mar en el reactor.
Así, dependiendo de las condiciones, los “áridos” resultantes son más escamosos, y más porosos o densos, pero siempre compuestos por carbonato de calcio y/o hidróxido de magnesio. “Logramos mostrar que cuando generamos estos materiales, podemos tener control total de sus propiedades, como su composición química, tamaño, forma y porosidad”, dijo Alessandro Rotta. “Esto nos brinda cierta flexibilidad para desarrollar materiales adecuados a diferentes aplicaciones”.
De acuerdo con la investigación, este nuevo material podría utilizarse en el hormigón como sustituto del árido tradicional, o en la producción de cemento. Dependiendo de la ratio de los minerales, el nuevo “árido” puede retener más de la mitad de su peso en CO2. Con una composición de mitad carbonato de calcio y mitad hidróxido de magnesio, por ejemplo, una tonelada métrica de este material podría almacenar más de media tonelada métrica de CO2. Asimismo, Rotta puntualiza que, si este nuevo material se utiliza para reemplazar el árido, no debilitaría la resistencia del hormigón ni del cemento.
Si bien el proyecto aún se encuentra en fase experimental, el profesor Rotta cree que este nuevo tipo de material podría aplicarse a gran escala. “Podríamos crear una circularidad que secuestre el CO2 directamente desde su fuente”, subrayó el académico. “Y si las plantas de cemento y de hormigón se ubican en la costa, podríamos utilizar el océano junto a estas para alimentar reactores dedicados donde el CO2 se transforme, a través de energía eléctrica limpia, en materiales que puedan utilizarse para varias aplicaciones en la industria de la construcción”.
